子供の塾の宿題なのですが、図1のような装置でスクリ

質問

子供の塾の宿題なのですが、図1のような装置でスクリーンに像を映す実験に関する問題です。

「図2のように凸レンズの上半分を黒い紙で隠したらスクリーンに映る像はどうなるか」という問で、どうしても正解の「像は暗くなるが大きさは変わらない」に納得がいかないようです。本人は上半分を隠したら逆さまになった像の下半分が欠けると思っていたようです。

どう説明をしたらよろしいでしょうか。どうかご指南下さい。宜しくお願いいたします。

回答No.3

toporo

こんにちは。
この問題は、横から見た図が有名なので難しいですね。

中学生であれば図上でも理解して欲しいですが、もしお子様が小学生でしたらこんなのはどうでしょう。

1)まず、メガネ(できれば老眼鏡)を見せて、凸レンズは必ずしも円形ではないことを理解させる。

2)メガネを想像させて、大きなレンズもあれば小さなレンズもある事を思い出させる。

3)どのメガネでも、見える像の形は変わらないという事を納得させる。

4)問題では、丸いレンズが半円(メガネ状)の形に変わっただけだから、やはり像の形は変わらないだろうと予想させる。

5)いったんメガネの事は忘れて、面積の大きいレンズの方がたくさん光を集めるから像が明るくなるという事を感覚的に理解させる。

6)問題ではレンズの面積が半分になるので、像の明るさも暗くなるだろうと予想させる。

この感覚的な納得を元に有名な横から見た図を眺めると、あ、レンズのサイズが縦に短くなっただけじゃん、って事が感覚的に理解できるんじゃないかなと思います。

お子様が、半分になるんじゃないかって自分の感覚を持つことはとても頼もしいです。その感覚を補正していけるといいですね。

回答No.2

teppou

下記のサイトが理解しやすいかと思います。
　https://matome.naver.jp/odai/2135595691624908401/2135596032925038103

回答No.1

N5200model05

なかなか見所のあるお子さんですね。将来が楽しみです。

さて、回答ですが、見もふたもないことを言うと「実験してみる」とそうなります。

・・・もちろん、ご質問は「では、なぜそうなるのか」ですよね。＾＾；

まずレンズが「像を結ぶ」ということがどういうことなのかですが、光源から出た光はてんでバラバラな方に向かって放射され、レンズ全体に当たります。それがレンズを通ると、当たったところに応じてそれぞれ違う角度で屈折して、同じ点から出た出た光はレンズを通った後、ある距離でみな同じところに集まります。これを「焦点が合う」と言うわけです。
逆に言うと、像を結ぶ光は、レンズのところではレンズ全体に拡散されている形になります。ですから、レンズを半分覆ったとしても、残り半分を通った光は、やはり同じところで像を結びます。そのとき、光の量自体は半分になっていますから、暗くなるわけです。

もし、低学年の子でしたら、こんな説明をしてみてください。名付けて「分身忍者モデル」。

光源から出た光は、まず忍者のように分裂して、レンズ全体にあたります。レンズに当たると、光の忍者たちは指令を受けたかのように、レンズの「焦点」に向かって走り始めます。そして、焦点に集合すると、合体して「像」となります。
ここでレンズを半分紙で覆うと、半数は紙に当たってリタイア。でも半数はやはり焦点にたどり着き、暗いながらも「像」を結びます。

ご参考まで。