凸レンズと像を解く・整理する4ステップ

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ステップ 1：ステップ1: 焦点距離 f と物体の位置を確認する

まず焦点距離 fと、物体がレンズから何 cm 離れているかを読み取ります。焦点はレンズの両側に同じ距離 fの位置にあるので、レンズの中心から左右に f の点（F）を印します。これが場合分けの基準になります。

例題：「焦点距離10cmのレンズの前、20cm の位置に物体」とあれば、f＝10cm、物体は焦点距離の2倍の位置と分かる。

ステップ 2：ステップ2: 物体の先端から3本の光線を作図する

物体のてっぺん（先端）から次の3本のうち2本を引きます。①軸に平行な光→レンズ通過後、反対側の焦点 F を通る。②レンズの中心を通る光→そのまま直進する。③手前の焦点 F を通る光→レンズ通過後、軸に平行に進む。2本の交点が先端の像の位置です。

例題：①と②の2本だけで十分。交わった点が像の先端で、足元は軸上にあるので、その2点を結べば像全体が描ける。

ステップ 3：ステップ3: 物体の位置で場合分けして像を判定する

物体の位置に応じて像の種類が変わります。焦点距離の2倍より遠い→倒立・縮小の実像（カメラ）。2倍ちょうど→倒立・等倍の実像。2倍と焦点の間→倒立・拡大の実像（プロジェクター）。焦点の上→像はできない。焦点より内側→正立・拡大の虚像（虫眼鏡）。

例題：f＝10cm で物体を 15cm に置くと「2倍（20cm）と焦点（10cm）の間」なので、倒立・拡大の実像がスクリーンにできる。

ステップ 4：ステップ4: 実像か虚像かを見分けて答えを書く

スクリーンに映る倒立の像なら実像、スクリーンに映らず物体と同じ側に正立で見える像なら虚像です。虚像のときは、レンズ通過後に広がった光を逆向きに延長した線が交わる場所が像の位置になります。最後に、向き・大きさ・種類・位置の4点を答案に書きます。

例題：物体を焦点より内側に置いたとき→光は集まらず、延長線が物体側で交わる→正立・拡大の虚像（虫眼鏡の見え方）。

これだけは覚える

覚えるのは3本の光線と5つの場合分けだけ。焦点の外＝倒立の実像、焦点の上＝像なし、焦点の内側＝正立・拡大の虚像。焦点はレンズの両側に同じ距離 f にあります。

「虚像＝存在しない像」と思い込むのは誤り。目には見えるがスクリーンに映せない像です。また、中心を通る光だけは直進としてあつかうため、他の光も全部直進すると勘違いしないように。場合分けで「2倍」と「焦点」の境目を忘れがちです。