볼록렌즈의 상
볼록렌즈를 지난 빛은 굴절하여 한 점에 모이거나 퍼져 나가요. 물체를 렌즈에서 멀리 또는 가까이 옮기며 상이 생기는 위치와 크기, 모양을 광선으로 찾아보고, 스크린에 맺힌 상으로 렌즈의 초점 거리를 직접 구해 보세요.
2022 개정 교육과정물리학 빛과 물질 · 볼록렌즈에서 상이 맺히는 과정중학교 과학 빛과 파동 · 거울과 렌즈의 상전자기와 양자 빛과 정보통신 · 렌즈와 광학 기기고급 물리학 광학 · 얇은 렌즈의 상물리학 실험 광학 · 렌즈 방정식
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스크린에 비친 모습 -
이하은T 과학 실험실
물체(주황 화살표)를 끌어서 옮겨 보세요 · 빈 곳을 끌면 돌려 볼 수 있고, 휠이나 두 손가락으로 확대할 수 있어요
물체의 위치 a
초점 거리 f
물체를 옮기기
전구 – 렌즈
렌즈 – 스크린
렌즈
스크린을 앞뒤로 옮겨 상이 가장 선명한 곳을 찾으세요
상의 선명도
물체의 위치와 상의 위치
가로: 렌즈에서 물체까지 거리 a · 세로: 렌즈에서 상까지 거리 b (− 쪽은 허상)
상의 위치 ba = f, b = f
물체의 위치와 상의 크기
배율 = 상의 크기 ÷ 물체의 크기 (− 는 거꾸로 선 상)
배율배율 ±1 (크기가 같음)
측정 기록으로 초점 거리 구하기
가로 1/a, 세로 1/b · 점들을 잇는 직선이 두 축과 만나는 곳이 1/f예요
기록한 점
측정 기록
선명도가 90 % 이상일 때 기록하면 정확해요
물체의 위치에 따른 상 (f: 초점 거리)
| 물체의 위치 | 상의 위치 | 상의 종류 | 상의 모양 | 쓰임 |
|---|---|---|---|---|
| 2f보다 먼 곳 | f와 2f 사이 (반대쪽) | 실상 | 거꾸로 · 작아짐 | 카메라, 눈 |
| 2f | 2f (반대쪽) | 실상 | 거꾸로 · 크기 같음 | 복사기 |
| f와 2f 사이 | 2f보다 먼 곳 (반대쪽) | 실상 | 거꾸로 · 커짐 | 영사기, 빔 프로젝터 |
| f (초점) | 상이 생기지 않음 | - | 나란한 빛 | 손전등, 등대 |
| f보다 가까운 곳 | 물체와 같은 쪽 | 허상 | 바로 · 커짐 | 돋보기 |
작도
세 가지 광선
- ① 광축에 나란히 들어온 빛 → 굴절 후 초점을 지나요
- ② 렌즈 중심을 지나는 빛 → 굴절하지 않고 직진해요
- ③ 초점을 지나 들어온 빛 → 굴절 후 광축에 나란히 나가요
실상과 허상
빛이 실제로 모이는가
- 실상: 굴절한 빛이 실제로 모여 생겨 스크린에 비쳐요
- 허상: 빛이 퍼져 나가 모이지 않고, 연장선이 만나는 곳에 보이는 상이에요
초점 거리
1/a + 1/b = 1/f
- 닮은 삼각형으로 물체 거리 a, 상 거리 b, 초점 거리 f의 관계를 이끌어 낼 수 있어요
- 배율(상의 크기 ÷ 물체의 크기) = b/a
기술
렌즈로 아주 작게 그리기
- 반도체 공정의 포토리소그래피는 렌즈로 회로 무늬를 크게 줄여 웨이퍼에 비춰요
- 디스플레이, 카메라, 현미경도 렌즈로 상을 만들어요
생각해 보기
- 물체를 2F보다 먼 곳에서 렌즈 쪽으로 천천히 옮겨 보세요. 상의 위치와 크기는 어떻게 바뀌나요?
- 물체를 초점에 두면 왜 상이 생기지 않을까요? 굴절한 광선들의 방향을 보고 설명해 보세요.
- ‘여러 광선’을 켜고 렌즈의 위쪽 절반만 지나는 광선을 보세요. 렌즈의 절반을 가려도 상이 생길까요? 무엇이 달라질까요?
- 스크린 실험에서 렌즈 A, B, C의 초점 거리를 각각 구해 보세요. 어떤 기록 방법이 더 정확할까요?
- 초점 거리가 짧은 렌즈로 바꾸면 선명한 상을 보려면 스크린을 어느 쪽으로 옮겨야 할까요?