光学
焦点—平行な出射光
物を焦点に置くと出射光は互いに平行になり、像は無限遠に形成される。
焦点—平行な出射光 — インタラクティブな光学シミュレーション。物を焦点に置くと出射光は互いに平行になり、像は無限遠に形成される。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
焦点
物体を焦点に置く：出射光線は互いに平行で、像は無限遠に形成されます。
物体がちょうど焦点にあるとき、屈折光線はレンズから平行に出て行きます — 像は無限遠に形成されます。この境界条件は実像（物体がFの外側）と虚像（物体がFの内側）を分けます。このプリセットは光線図で平行な出射光線を追跡しやすくします。
- d_o = f → d_i → ∞
- 光線は平行に出射
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
物体が収束レンズの焦点距離より遠い位置から焦点距離へ近づくと、像距離はどうなるか？
検討する予測
- 像距離はゼロへ近づく。
- 像距離はおよそ一定に保たれる。
- 物体が焦点に達する瞬間、像距離は限りなく大きくなり、無限遠へ発散する。
可変的な役割
設定するもの：
- 物体距離 d_o (cm)
測定するもの：
- 像距離 d_i (cm)
実験の進め方
- focal-point プリセットを開き、「リセット」を押す。レンズの焦点距離は 10 cm に固定されている。
- 像距離の表示を有効にする。
- 各試行の物体距離（焦点距離より遠い側から焦点距離へ近づける）を設定し、像距離を記録する。
支配方程式
焦点付近の薄いレンズの式 — dᵢ = dₒ·f/(dₒ − f)
物体距離 d_o が焦点距離 f に近づくと、d_i = d_o·f/(d_o − f) の分母 (d_o − f) はゼロに近づき、像距離は無限大へ向かう。像は無限遠の点へ「逃げる」。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、f = 10 cm を用いて d_i = d_o·f/(d_o − f) を計算する。表と比較する。
- 薄いレンズの式を使い、d_o − f が正の側からゼロに近づくと d_i が正の無限大へ向かう理由を説明する。
実験以外での活用
- 物体を正確に焦点に置くと、レンズから出る光線は完全に平行になり、「無限遠の」像を作る。灯台やサーチライトが電球をレンズ（または鏡）の焦点に正確に置く理由を説明する。
- 焦点に置いた光源が平行な出力光線を作るこの設定はコリメーターと呼ばれ、実験器具用の平行ビームを作るために使われる。特定の実験で、科学者が完全に平行な光線を必要とする理由は何か？
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 焦点へようこそ
- 物体を選択
- 再生
- 光線は平行に出射
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。