中1理科凸レンズの作図｜実像と虚像を10分で攻略

よっしゃー！今日のテーマは「中1理科凸レンズ作図」だ。ここでつまずく中学生は本当に多い。でも安心してくれ。凸レンズの作図は、決まった3本の光の線さえ覚えれば10分で得点源に変わる。おれが今日、その3本と実像・虚像の見分け方を、一気に頭へ入れてもらう。

凸レンズの作図とは？まず3行で結論

凸レンズの作図とは、物体から出た光がレンズで曲がって、どこにどんな像を作るかを3本の光線で求める中1理科の作図問題のことだ。ポイントはたった1つ。「決まった3本の光線を引く」。それだけ。

よっしゃー、まず結論の3本を先に言うぞ。

この3本のうち2本を引けば、交わった点が像の位置。おれも中学生のころ「なんでこの線なの？」と丸暗記で苦しんだが、主役はたった2つ。焦点と中心。ここさえ押さえれば作図はこわくない。

自分が指導していて「これで一気に伸びた」というコツを3つ渡す。

1つ目。焦点の位置を先に印つけること。焦点はレンズの両側に1つずつ。中心から焦点までの長さが焦点距離。ここを図に小さな点で置いてから線を引くと、事故が激減する。準備が9割。

2つ目。中心を通る線から引くこと。中心線は曲がらず直進するだけ。一番ラクな1本。これを軸にすると、残りの線の行き先が見えてくる。

3つ目。像は線が交わった所、と割り切ること。2本引いて交点が出たら、そこが像の先っぽ。物体の足元は光軸の上にそろう。作図の主役は交点。ここまで来ればもう勝ち筋だ。

ここが最大の山。実像と虚像の区別。おれが一番よく質問されるところだ。

実像とは、レンズの反対側にできる、上下左右が逆向き（倒立）の像のことだ。スクリーンに映せるのが実像。物体が焦点より外側にあるときにできる。

虚像とは、レンズを通して見ると物体と同じ側に見える、正立で拡大された像のことだ。スクリーンには映らない。物体が焦点より内側、つまりレンズと焦点の間にあるときにできる。虫めがねで文字が大きく見えるアレ。

つまずく定番は「像の向き」を逆に書くミス。抜け方はこの一言。焦点の外は倒立の実像、焦点の内は正立の虚像。外はさかさま、内はそのまま拡大。この対比で覚える。

物体の位置ごとの像の大きさも表で整理しておくぞ。

数の整理が苦手な人は、中1理科・密度の求め方で練習した「表で覚える型」をそのまま使うといい。

例題いくぞ。焦点距離10cmの凸レンズがある。レンズから30cmの位置に物体を置いた。像はどこに、どんな大きさでできる？

考え方はこう。焦点距離の2倍は20cm。物体は30cmだから2倍より遠い。よって「小さい倒立の実像」。像はレンズの反対側、焦点（10cm）と2倍（20cm）の間にできる。

作図で確認。光軸に平行な光を1本、中心を通る光を1本。この2本の交点が像の先っぽ。ちゃんと小さくてさかさまの像。ここまで描ければ満点レベル。

もう1問。同じレンズで物体を5cmの位置に置いたら？焦点10cmより内側。だから「正立で拡大の虚像」。スクリーンには映らない。レンズをのぞくと大きく見える。これがルーペのしくみ。

Q. 実像と虚像はどうやって見分ける？ A. 物体が焦点より外側なら実像（倒立・スクリーンに映る）、焦点より内側なら虚像（正立・拡大・映らない）。まず焦点の外か内か、そこだけ見る。

Q. 作図で引く光線は何本必要？ A. 3本のうち2本引けば交点が決まって像は求まる。テストでは基本2本、余裕があれば3本引くと確実だ。

Q. レンズの中心を通る光はなぜ曲がらないの？ A. 中心付近は平らなガラスと同じ働きで、入る角度と出る角度がそろうため、ほぼ直進すると考えてよい。作図では「中心線はまっすぐ」と覚えればOK。

よっしゃー、最後にまとめるぞ。

この3つを回せば、凸レンズの作図はテストの得点源に変わる。理科の計算が続けて不安なら、中1理科・質量パーセント濃度の計算ものぞいてくれ。基礎から伴走してほしい人は、中学生向けオンライン塾の選び方も読んでみてほしい。

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よっしゃー！！今日も熱くいくぞ！！！