凹面鏡：収束レンズのような実像

1 · 予測

凹面鏡は収束レンズのように光を集める。物体を凹面鏡から遠ざけると、レンズの場合と同じように、実像は鏡の焦点へ近づくか？

• いいえ — 物体を遠ざけると像は鏡からさらに遠ざかる。
• 鏡とレンズはまったく異なる結像規則に従う。
• はい — 同じ 1/f = 1/d_o + 1/d_i の関係が成り立つため、遠い物体ほど像は焦点距離に近づく。

2 · 準備

1. concave-real プリセットを開き、「リセット」を押す。鏡の焦点距離は 15 cm に固定されている。
2. 像距離と倍率の表示を有効にする。
3. 各試行の物体距離を設定し、像距離と倍率を記録する。

3 · データ収集

3回の試行について、像距離 d_i（縦軸）を物体距離 d_o（横軸）に対してプロットする。

4 · 分析

1. 1回の試行について、f = 15 cm を用いて 1/f = 1/d_o + 1/d_i から d_i を計算し、次に m = −d_i/d_o を計算する。両方を表と比較する。
2. 鏡の式が薄いレンズの式と数学的に同じ形である理由を説明する。鏡は光を屈折させるのではなく反射するが、どちらも同じ 1/f = 1/d_o + 1/d_i の関係を使う。

5 · 発展

1. ひげそり鏡や化粧鏡は、焦点距離より近くに保持して拡大された虚像を作る凹面鏡である（magnifier 実験と同じ）。一方、この実験では物体を f より遠くに置き、実像で倒立像を作る。それぞれの配置をいつ使うか説明する。
2. この実験のすべての像は倍率が負である。凹面鏡の実際の反射幾何を使い、凹面鏡でできる実像が収束レンズの実像と同様に倒立する理由を説明する。

この実験の物理

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