実像と虚像の違いとは？凸レンズの作図でわかる見分け方

よっしゃー！今日のテーマは「実像と虚像の違い」だ。結論から言う。スクリーンに映せるのが実像、レンズをのぞいたときにだけ見えるのが虚像。そして分かれ目はたった1つ、物体が焦点より外にあるか内にあるかだ。外なら実像、内なら虚像。凸レンズの単元は作図のルール3本と、この分かれ目さえ押さえれば満点が狙える。今日で仕上げるぞ。

実像と虚像の違い？まず3行で結論

実像は、光が実際に集まってできる像。スクリーンに映すことができて、上下左右が逆になる。カメラや映画のスクリーンがこれだ。

虚像は、光が集まっていないのに、レンズ越しに「そこにあるように見える」像。スクリーンには映せず、物体と同じ向きで、実物より大きく見える。虫めがねで文字を拡大して見るときの像が虚像だ。

「映せる・逆さま＝実像」「映せない・同じ向きで大きい＝虚像」。この対比で覚えるのが最速だ。

凸レンズの作図は3本の線で決まる

作図のルールはこの3本だけ。

1本目、光軸に平行に進む光→レンズを通ったあと焦点を通る。2本目、レンズの中心を通る光→そのまま直進。3本目、焦点を通ってから入る光→レンズのあと光軸に平行に進む。

このうち2本を引けば、交わった点に実像ができる。テストでは1本目と2本目の組み合わせが一番速い。物体の先端から2本引いて、交点に逆さまの矢印を描けば作図は完成だ。

物体が焦点より内側にあると、この2本の線は交わらない。そこで線を反対側（物体側）に延長すると、延長線が交わる点がある。そこに見えるのが虚像だ。「光が実際に集まらない→延長線で作る→だから虚像」という理屈まで言えると記述も取れる。

物体の位置と像の関係（テスト頻出の表）

物体が焦点距離の2倍より外→実像は焦点距離の2倍と焦点の間に、実物より小さくできる。物体がちょうど焦点距離の2倍→実像は反対側の2倍の位置に、実物と同じ大きさでできる。物体が2倍と焦点の間→実像は2倍より外に、実物より大きくできる。物体が焦点の上→像はできない（光が平行に進むから）。物体が焦点より内側→虚像が同じ向きで大きく見える。

覚え方はシンプルで、物体をレンズに近づけるほど、実像は遠く・大きくなっていき、焦点で消えて、焦点の内側で虚像に切り替わる。この「物体を近づけていく動画」を頭の中で再生できるようにしておくと、表を丸暗記しなくても全部導ける。

よくある質問

Q. 実像はなぜ上下左右が逆になるの？

A. 物体の上端から出た光がレンズを通って下側に集まり、下端から出た光が上側に集まるから。光の道すじが交差する位置に像ができるためだ。作図をすれば一目で分かる。

Q. レンズの半分を紙でかくすと像はどうなる？

A. 像が半分欠ける、は不正解。像は全部映ったまま、暗くなるが正解だ。物体のどの点からも光はレンズ全体に届いているから、半分かくしても像の形は残り、集まる光の量だけが減る。超頻出のひっかけ問題だ。

Q. 焦点距離はどうやって求めるの？

A. 太陽の光（平行光線）をレンズで集めて、いちばん小さく明るくなる点までの距離を測る。物体を焦点距離の2倍に置いて「同じ大きさの実像」ができる位置から逆算する問題もある。

まとめ：今日からやることはこの3つ

1つ、実像＝映せる・逆さま、虚像＝映せない・同じ向きで大きい。2つ、作図は「平行→焦点」「中心→直進」の2本で決める。3つ、物体を近づける動画（遠い→大きい実像→焦点で消える→虚像）を頭で再生する。これで凸レンズは得点源になる。

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よっしゃー！！今日も熱くいくぞ！！！