凸レンズの像の大きさはどう変わる？スクリーンとの距離と物体の位置の関係を解説

凸レンズの実験では、物体を置く位置やスクリーンの位置を変えると、スクリーンに映る像の大きさが変化します。『スクリーンを凸レンズに近づけると像は大きくなるのか小さくなるのか』『物体を遠ざけると像はどう変化するのか』は、中学理科の光の単元でよく出題される重要なポイントです。この記事では、凸レンズによる像の大きさの変化をわかりやすく解説します。

凸レンズでできる像の基本的な仕組み

凸レンズに光を通すと、レンズの中心を通る光や、レンズの軸に平行に進んで屈折する光が集まり、反対側に像を作ります。このようにスクリーンに映すことができる像を実像といいます。

実像の大きさは、物体と凸レンズの距離、そして凸レンズとスクリーンの距離によって決まります。レンズから物体が遠い場合と近い場合では、できる像の大きさが大きく変わります。

特に覚えておきたいのは、物体とレンズ、スクリーンの3つの位置関係によって、像の大きさが決まるということです。

スクリーンを凸レンズに近づけると像はどうなる？

スクリーンを凸レンズに近づけると、一般的にはスクリーンに映る像は小さくなります。

凸レンズでできる実像は、レンズからスクリーンまでの距離が大きいほど大きくなります。反対に、スクリーンをレンズに近づけると像は小さくなります。

例えば、虫眼鏡で遠くの景色を紙に映す実験を考えると、紙を適切な位置に置く必要があります。その位置を変えると、映る景色の大きさも変化します。

物体を凸レンズから遠ざけると像はどう変化する？

物体を凸レンズから遠ざけると、スクリーンにできる像は小さくなります。

これは、物体がレンズから遠くなるほど、レンズを通った光の広がりが小さくなり、反対側にできる像も小さくなるためです。

例えば、黒板の文字を写真に撮る場合を考えると、対象物が遠くにあるほど写真に写る大きさは小さくなります。凸レンズの実験でも同じように、物体との距離が増えると像は小さくなる傾向があります。

像の大きさを覚えるためのポイント

凸レンズの像の変化は、以下のように整理すると覚えやすくなります。

ただし、物体をレンズに近づけすぎて焦点距離より内側に入ると、スクリーンには実像ができなくなります。この場合は虫眼鏡のように拡大された虚像を見ることになります。

凸レンズの問題で間違えやすいポイント

よくある間違いは、『スクリーンを近づけると像が大きくなる』と考えてしまうことです。しかし、実像ではスクリーンを遠ざけるほど像は大きくなります。

また、『物体を遠ざける』という言葉と『スクリーンを遠ざける』という言葉を混同しないことも大切です。どちらを動かしているのかを確認して考える必要があります。

問題を解くときは、まずレンズを中心にして、物体側の距離なのかスクリーン側の距離なのかを整理すると判断しやすくなります。

まとめ｜凸レンズの像は距離によって大きさが変わる

凸レンズによる像の大きさは、物体とレンズの距離、レンズとスクリーンの距離によって決まります。

スクリーンを凸レンズに近づけると像は小さくなり、物体を凸レンズから遠ざけても像は小さくなります。反対に、スクリーンを遠ざけたり物体を近づけたりすると像は大きくなります。

凸レンズの問題では、どの距離を変化させているのかを確認することが正解への近道です。このポイントを押さえておけば、光の作図問題や実験問題にも対応できるようになります。