光(ひかり)の屈折(くっせつ)と凸(とつ)レンズ

光(ひかり)が空気(くうき)からガラスや水(みず)に進(すす)むとき、境界(きょうかい)で進(すす)む向(む)きが変(か)わることを屈折(くっせつ)という。空気(くうき)からガラス・水(みず)へ進(すす)むときは、入射角(にゅうしゃかく)＞屈折角(くっせつかく)になる。

逆(ぎゃく)にガラス・水(みず)から空気(くうき)へ進(すす)むときは入射角(にゅうしゃかく)＜屈折角(くっせつかく)になり、入射角(にゅうしゃかく)を大(おお)きくしていくとある角度(かくど)を超(こ)えたところで光(ひかり)が境界(きょうかい)を通(とお)り抜(ぬ)けずにすべて反射(はんしゃ)する。これを全反射(ぜんはんしゃ)という。

凸(とつ)レンズは中央(ちゅうおう)が厚(あつ)いレンズで、レンズの軸(じく)に平行(へいこう)な光(ひかり)を1点(てん)（焦点(しょうてん)）に集(あつ)める。物体(ぶったい)をレンズと焦点(しょうてん)の距離(きょり)の2倍(ばい)の位置(いち)に置(お)くと、反対(はんたい)側(がわ)の焦点(しょうてん)の2倍(ばい)の位置(いち)に、物体(ぶったい)と同(おな)じ大(おお)きさで上下(じょうげ)左右(さゆう)が逆(ぎゃく)の実像(じつぞう)ができる。

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例題(れいだい)1：焦点(しょうてん)距離(きょり)15cmの凸(とつ)レンズの、焦点(しょうてん)の2倍(ばい)の位置(いち)（30cm）に物体(ぶったい)を置(お)いた。実像(じつぞう)ができるのはレンズから何(なん)cmの位置(いち)か。焦点(しょうてん)の2倍(ばい)の位置(いち)に物体(ぶったい)があるときは、反対(はんたい)側(がわ)の焦点(しょうてん)の2倍(ばい)の位置(いち)に実像(じつぞう)ができるので、15×2＝30cm。

例題(れいだい)2：物体(ぶったい)を凸(とつ)レンズと焦点(しょうてん)の間(ま)（焦点(しょうてん)の内側(うちがわ)）に置(お)いたとき、レンズを通(とお)して見(み)える像(ぞう)はどのような像(ぞう)か。焦点(しょうてん)の内側(うちがわ)に物体(ぶったい)を置(お)くと、実像(じつぞう)はできず、物体(ぶったい)より大(おお)きく、物体(ぶったい)と同(おな)じ向(む)きに見(み)える虚像(きょぞう)ができる。

例題(れいだい)3：光(ひかり)が空気(くうき)からガラスへ進(すす)むとき、入射角(にゅうしゃかく)と屈折角(くっせつかく)はどちらが大(おお)きいか。空気(くうき)からガラスへ進(すす)むときは、入射角(にゅうしゃかく)のほうが屈折角(くっせつかく)より大(おお)きい。

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光(ひかり)は物質(ぶっしつ)によって進(すす)む速(はや)さが変(か)わる。空気中(くうきちゅう)よりガラスや水(みず)の中(なか)のほうが光(ひかり)は進(すす)みにくいため、境界(きょうかい)で斜(なな)めに入(はい)った光(ひかり)は進(すす)む向(む)きが変(か)わる。これが屈折(くっせつ)の起(お)こる理由(りゆう)。

ガラスや水(みず)から空気(くうき)へ出(で)るときに入射角(にゅうしゃかく)を大(おお)きくしていくと、屈折角(くっせつかく)がどんどん大(おお)きくなり、ついには屈折光(くっせつこう)が境界(きょうかい)にそって進(すす)む角度(かくど)に達(たっ)する。それより入射角(にゅうしゃかく)が大(おお)きいと、光(ひかり)は境界(きょうかい)を通(とお)り抜(ぬ)けられず全部(ぜんぶ)はね返(かえ)る。これが全反射(ぜんはんしゃ)。

凸(とつ)レンズで物体(ぶったい)が焦点(しょうてん)の外側(そとがわ)にあると、物体(ぶったい)の各(かく)点(てん)から出(で)た光(ひかり)がレンズで屈折(くっせつ)して反対(はんたい)側(がわ)で再(ふたた)び集(あつ)まり、スクリーンに映(うつ)せる実像(じつぞう)ができる。焦点(しょうてん)の内側(うちがわ)では光(ひかり)が実際(じっさい)には集(あつ)まらず、目(め)には集(あつ)まったように見(み)えるだけの虚像(きょぞう)になる。