鏡とレンズのシミュレーター

① 左の設定で鏡・レンズを選びます。② スライダーを動かすか、数値を直接入力します。③ 光線の交わる場所と像の変化を観察します。数値は 0.1 cm 刻みで指定でき、Enter キーでも確定できます。

青い矢印が物体、桃色の矢印が像。物体の先端から出た光線を描いています。実線は光が進む道筋、破線はその延長です。線上の矢印は光の進む向きを表します。虚像の矢印も破線で示します。

実像は光が実際に集まってでき、スクリーンに映せます。虚像は光線を延長した先に見える像で、その位置にスクリーンを置いても映りません。正立は物体と同じ向き、倒立は上下が逆の向きです。

「まずはここを比較」で、焦点距離に対する物体の位置を切り替えられます。凸面鏡・凹レンズの焦点は虚焦点なので、「1倍」を選んでも物体を焦点に置いたことにはなりません。

授業では「像と結果を表示」を外して予想し、光線を順に表示して確かめてください。「像まで自動で表示」を外すと、像の動きによる表示範囲の変化を抑えられます。図の縦・横の縮尺は独立して調整されます。

この HTML ファイルだけで動き、インターネット接続は不要です。「図と結果を印刷」は現在の設定で印刷します。計算過程も印刷したいときは、隣の説明を開いてください。

鏡・レンズに共通して、次の式で計算します。

像の高さは h′ = m × h。大きさの倍率は |m| です。

a

物体までの距離。ここでは実物体を扱うので常に正。

f

凹面鏡・凸レンズは正。凸面鏡・凹レンズは負。

b

実像は正、虚像は負。鏡では物体側を正、レンズでは物体と反対側を正に取ります。

m / h′

正なら正立、負なら倒立。画面の左右を表す符号ではありません。

画面の座標 x は鏡の頂点／レンズの中心を 0 とし、右が正です。像の距離 b と座標 x は別の量です。

現在の計算結果は非表示です。

球面鏡では曲率半径の大きさ |R| = 2|f|。このモデルは近軸近似・薄いレンズの式に基づく理想化です。球面収差やレンズの厚さ、実際の開口は扱いません。形状・角度は模式的に描いています。

参考：OpenStax：球面鏡 / 薄いレンズ