波動（知識）の問題
空気中に置いた薄いレンズまたは球面鏡の光軸上に、光軸に垂直に立てた小さな物体を置き、その像を考える。物体は焦点の位置には置かないものとする。
レンズ・鏡によってできる像についての記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア 凸レンズの焦点より外側（レンズから遠い側）に物体を置くと、レンズの後方に倒立の虚像ができる。
- イ 凸レンズの焦点より内側（レンズに近い側）に物体を置くと、物体と同じ側に、正立で物体より大きい実像ができる。
- ウ 凹レンズでは、物体をどの位置に置いても、物体と同じ側に、正立で物体より小さい虚像ができる。
- エ 凹面鏡の焦点より内側（鏡に近い側）に物体を置くと、鏡の後方に、倒立で物体より大きい虚像ができる。
- オ 凸面鏡では、物体をどの位置に置いても、鏡の後方に、正立で物体より大きい虚像ができる。
この問題で使うもの
- レンズ・鏡でできる像（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（6 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
凸レンズ・凹レンズ・凹面鏡・凸面鏡のそれぞれで、通った（反射した）光が集まるか広がるかを考えよう。
ヒント 2
光が実際に集まってできるのが実像（倒立）、集まらずに光が出てくるように見えるのが虚像（正立）である。
ヒント 3
光を広げるはたらきをもつ凹レンズと凸面鏡では、いつも正立の虚像ができる。その大きさが物体より大きいか小さいかを考えれば、残る選択肢を判断できる。
答えと解説
答えを見る
ウ
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解説を読む
実際に光が集まってできる像を実像、光が集まらず、光が出てくるように見える点にできる像を虚像という。レンズ・鏡による像では、実像は倒立、虚像は正立になる。
- ア：誤り。凸レンズの焦点の外側に物体を置くと、レンズを通った光はレンズの後方で実際に集まるので、倒立の実像ができる。「虚像」が誤り。
- イ：誤り。凸レンズの焦点の内側に物体を置くと、レンズを通った光は広がって集まらず、物体と同じ側に正立で物体より大きい虚像ができる（虫めがねのしくみ）。「実像」が誤り。
- ウ：正しい。凹レンズを通った光は広がるので実際には集まらず、物体の位置によらず、物体と同じ側に正立で物体より小さい虚像ができる。
- エ：誤り。凹面鏡の焦点の内側に物体を置くと、反射光は広がり、鏡の後方に正立で物体より大きい虚像ができる（化粧用の拡大鏡のしくみ）。「倒立」が誤り。
- オ：誤り。凸面鏡で反射した光は広がるので、物体の位置によらず鏡の後方に正立の虚像ができるが、その大きさは物体より小さい（カーブミラーで広い範囲が小さく映るしくみ）。「大きい」が誤り。
よって答えは ウ である。
別解
ア: 凸レンズで焦点の外側に物体を置くと、レンズの後方に倒立の「実像」ができる。虚像ではないので誤り。
イ: 焦点の内側に物体を置くと、物体と同じ側に正立で大きい「虚像」ができる。実像ではないので誤り。
ウ: 凹レンズは物体の位置によらず、物体と同じ側に正立で物体より小さい虚像をつくる。正しい。
エ: 凹面鏡で焦点の内側に物体を置くと、鏡の後方に「正立」で大きい虚像ができる。倒立ではないので誤り。
オ: 凸面鏡は物体の位置によらず、鏡の後方に正立で物体より「小さい」虚像をつくる。大きいとあるので誤り。
よって正しいのはウだけ。