拡大鏡としてのレンズ
1 · 予測
物体を収束レンズの焦点距離より近くに置きます。レンズは実像を作るか、それとも別の像を作るでしょうか?
- 遠くに実像を作ります。
- 物体と同じ側に拡大・正立の虚像を作ります。拡大鏡です。
- 焦点距離内では像は全くできません。
2 · 準備
- magnifier プリセットを開いて Reset を押します。焦点距離は10 cmです。
- 像距離と倍率の読み出しを有効にします。
- 各試行で物体距離(常に焦点距離未満)を設定し、像距離と倍率を記録します。
3 · データ収集
| 物体距離 d_o (cm) | 像距離 d_i (cm) | 倍率 m |
|---|---|---|
| 4.00 | ||
| 6.00 | ||
| 8.00 |
3回の試行について倍率 m(縦軸)を物体距離 d_o(横軸)に対してプロットします。d_o が0に近づくと m は増えますか?
4 · 分析
- f = 10 cm として 1/f = 1/d_o + 1/d_i から d_i を求め、m = −d_i/d_o を計算します。表と比較します。
- 全試行で d_i は負、m は1より大きい正です。負の像距離が虚像(物体と同じ側)を意味し、m が正になる理由を説明します。
5 · 発展
- 物体をレンズに近づける(小さい d_o、常に f 未満)と倍率が増えます。小物体を拡大鏡に近づけた方が遠ざけるより大きく見える理由を説明します。
- 物体を焦点距離 d_o = f に正確に置くと像と倍率はどうなりますか?focal-point 実験と比較します。
この実験の物理
虚像の倍率
収束レンズの焦点距離内では像距離 d_i は負(虚像、物体と同じ側)になり、倍率 m = −d_i/d_o は1より大きい正になります。正立・拡大像で、拡大鏡の原理です。