焦点・焦点距離・実像・虚像の用語を答えられ、物体を焦点の外側・焦点距離の 2 倍の位置・焦点の内側に置いたときの像の種類（実像か虚像か）・向き・大きさを、文章で書かれた実験の結果から判定できる
凸レンズに平行な光を当てると、光が 1 点に集まります。この点を焦点、レンズの中心から焦点までの距離を焦点距離といいます。この技能を身につけると、物体を凸レンズからどれだけ離して置いたかによって、できる像がスクリーンにうつる実像か、レンズをのぞくと見える虚像か、さらに像の向きや大きさがどうなるかを判定できるようになります。カメラや虫めがね、凸レンズの実験の考察で使います。
凸レンズは、まん中が厚く、ふちがうすいレンズです。光は空気からガラスに入るときと、ガラスから空気に出るときの 2 回屈折し、凸レンズではどの光もレンズの厚い側（中心側）に曲がります。そのため、光軸（レンズの中心を通り、レンズの面に垂直な直線）に平行に入った光は、レンズを通ったあと反対側の焦点を通ります。焦点はレンズの両側に 1 つずつあり、レンズの中心からの距離（焦点距離）はどちらも同じです。また、レンズの中心を通る光は、ほぼまっすぐ進みます。
物体の 1 点から出た光のうち、この 2 本（光軸に平行な光と、レンズの中心を通る光）の進み方を考えると、像のでき方がわかります。物体が焦点より外側にあると、レンズを通った光は反対側で実際に 1 点に集まります。そこにスクリーンを置くと像がうつるので、これを実像といいます。実像は物体と上下左右が逆向きになります。物体が焦点距離の 2 倍の位置より遠いと実像は物体より小さく、ちょうど 2 倍の位置だと物体と同じ大きさ（像も反対側の焦点距離の 2 倍の位置にできる）、焦点と 2 倍の位置の間だと物体より大きくなります。物体を焦点に近づけるほど、実像はレンズから遠くにでき、大きくなります。
物体が焦点の内側にあると、レンズを通った光は広がりながら進み、1 点に集まりません。そのため、スクリーンには像がうつりません。しかし、反対側からレンズをのぞくと、広がる光を逆向きにのばした先（物体と同じ側）から光が来ているように見え、物体と同じ向きで物体より大きい像が見えます。これが虚像で、虫めがねで見える像です。物体がちょうど焦点の位置にあると、レンズを通った光は平行になるので、実像も虚像もできません。
物体からレンズまでの距離を、焦点距離 とくらべる
物体が焦点の内側（距離が より小さい）なら、スクリーンに像はうつらず、レンズをのぞくと物体と同じ向きで物体より大きい虚像が見える
物体がちょうど焦点の位置（距離が ）なら、像はできない
物体が焦点の外側（距離が より大きい）なら、スクリーンに上下左右が逆向きの実像がうつる
実像の大きさを決める。物体の距離が より遠ければ物体より小さく、ちょうど なら物体と同じ大きさ（像も反対側の の位置）、 と の間なら物体より大きい
焦点距離 10 cm の凸レンズの前方 6 cm の位置に物体を置いた。レンズの反対側にスクリーンを置いてどこに動かしても像はうつらなかったが、スクリーン側からレンズをのぞくと、物体と同じ向きで物体より大きい像が見えた。このように、スクリーンにうつすことはできないが、レンズを通して見ることができる像を何というか。
手順 1：物体からレンズまでの距離は 6 cm で、焦点距離 10 cm より小さいので、物体は焦点の内側にある。
手順 2：物体が焦点の内側にあるとき、レンズを通った光は広がりながら進んで 1 点に集まらないので、スクリーンには像がうつらない。レンズをのぞくと、物体と同じ向きで物体より大きい像が見える。これは実験の結果と一致する。このように、光が実際に集まってできたのではなく、レンズを通して見える像を虚像という。
答え: 虚像
焦点の内側に物体を置いたときも、スクリーンに像がうつると考えてしまう誤り。正しくは、物体とレンズの距離が焦点距離 より小さいとき、光は集まらないのでスクリーンには像がうつらず、レンズを通して虚像が見えるだけである
実像の向きを物体と同じ向きとしてしまう誤り。正しくは、実像は物体と上下左右が逆向きである。物体と同じ向きになるのは虚像のほう
物体を焦点距離の 2 倍の位置に置いたとき、像が物体より大きくなる（または小さくなる）としてしまう誤り。正しくは、物体の距離がちょうど のとき、実像は反対側の の位置にでき、大きさは物体と同じである
物体を焦点に近づけると実像が小さくなり、レンズに近づくと考えてしまう誤り。正しくは、物体を焦点の外側で焦点に近づけるほど、実像はレンズから遠い位置にでき、大きくなる
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
焦点距離が cm の凸レンズを虫めがねとして使う。レンズの軸（光軸）上で、レンズの左側 cm の位置に、高さ cm の矢印の形をした物体を光軸に垂直に立てて置いた。物体の下の端は光軸上にあり、矢印の先（上の端）は光軸より上にある。
レンズの右側からレンズをのぞくと、物体と同じ向きの大きな像（虚像）が見えた。この虚像の高さは何 cm ですか。
ただし、レンズは厚さを考えなくてよい薄いレンズとし、光の道すじは、レンズの中心を通り光軸をふくむ平面の中だけで考えるものとする。
焦点距離が の凸レンズを光学台に固定し、レンズの一方の側に火のついたろうそくを、反対側にスクリーンを置いた。
ろうそくをレンズから の位置に置いたときは、スクリーンをある位置まで動かすと、上下左右が逆向きのはっきりした像がスクリーンにうつった。
次に、ろうそくをレンズから の位置に移した。すると、スクリーンをどこに動かしても像はうつらなかった。そこでスクリーンをとりはずし、スクリーンがあった側からレンズをのぞいた。すると、ろうそくより大きく、上下左右の向きがろうそくと同じ像が見えた。
このように、レンズを通った光が実際に集まってできたものではなく、レンズをのぞいたときにだけ見える像を何というか。漢字で答えよ。