光学台を作ろう！

LEDライトから出る光を、凸レンズを通し、スクリーンに映す実験です。
【材料】（左から）
・方眼付き厚紙
・ものさし
・虫眼鏡
・LEDライト
・洗濯ばさみ
・雑誌

LEDライトのスイッチを入れると、厚紙のスクリーンに光が映りました。まずは、レンズの焦点距離を調べます。

詳しくは、中学１年生で習いますが、光がスクリーンに映る仕組みは、このようになります。光源から出た光は様々な方向へ進みますが、２本に絞って考えます。まずは、「光軸に平行な光」です。光は直進しますから、レンズの上部に届きます。その後、光が屈折し、レンズの焦点へと直進します。 　
次に、「レンズの中心を通る光」です。これは、そのまま直進します。これらの光がぶつかった場所にスクリーンを立てると、上下左右が逆さまになった光が映ります。これを倒立実像といいます。

次は、レンズの焦点距離を求めます。レンズとスクリーンの間の光が、写真のように合同な図形となるよう、光の大きさを光源と同じになるよう、スクリーンの位置を調節します。すると、レンズとスクリーンとの距離の半分が、レンズの焦点距離となります。今回は、この距離を測定します。

LEDにつけた色から、スクリーン上の光が上下左右逆さまになっているのがわかります。

写真のように、大きさが等しくなり、はっきり映る場所を探したら、レンズからスクリーンまでの距離を測定します。34cmでした。ですから、焦点距離は、17cmとわかりました。

では、みなさんが虫眼鏡を使って見ている像は、どうなっているのでしょうか。実物より大きく見えますが、上下左右は逆さまになっていません。これは、図のように、焦点距離より内側に見たいものを近づけることで、レンズを通して大きく見える「正立虚像」を見ているのです。スクリーンには映りません。