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虚像

虚像

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

  • 物体から出た光が反射屈折をした後、実際には一点に集まらず、それらの光を逆方向に延長したときに交わって見える像のこと。
  • スクリーンを置いても像を映し出すことができず、レンズや鏡をのぞきこんだときだけ確認できる。
  • 実像とは対照的に、常に物体と同じ向き(正立)に見えるという性質を持つ。

解説

虚像は、物体から発せられた光が鏡で反射したり、レンズで屈折したりした後に、光が一点に収束せず広がる(発散する)場合に生じます。人間の目は、その広がってきた光の筋を直線的に後ろへたどった交点から光が来ていると錯覚するため、あたかもそこに物体が存在するかのように認識します。しかし、実際にはその場所に光が集まっているわけではないため、壁やスクリーンを置いても像を映し出すことはできません。

代表的な例として、凸レンズ焦点よりも内側に物体を置いたときに見える「正立拡大虚像」があります。これはルーペ(虫眼鏡)で物体を拡大して見る際の原理です。また、凹レンズを通して見える「正立縮小虚像」や、日常的に使用する平面鏡に映る自分の姿も虚像の一種です。平面鏡の場合、鏡の奥に自分と同じ大きさの像が見えますが、これも光の反射による虚像です。

コラム

虚像は常に「正立」、つまり物体と同じ向きに見えるのが大きな特徴です。これに対し、光が実際に一点に集まってできる「実像」は必ず「倒立(上下左右が逆)」となります。光学の計算(レンズの公式)においては、レンズから物体までの距離を a、焦点距離を f、レンズから像までの距離を b としたとき、虚像の場合は b を負の値として扱うことで、実像と同じ方程式で解析することが可能です。

なお、光と同様に音も反射や屈折の性質を持ちますが、音は空気などの媒体を振動させて伝わる波であるため、真空中で伝わらないという点が光(電磁波)との決定的な違いです。

小学生のみなさんへ

鏡をのぞいたとき、鏡の中に自分がいるように見えますね。また、虫めがねで近くのものを見ると、実物よりも大きく見えることがあります。このように、そこには光が集まっていないのに、まるでそこに物があるかのように見える姿のことを「虚像きょぞう」といいます。

ふつう、映画館のスクリーンのように、光をあてて映し出すことができるものを「実像」と呼びますが、虚像きょぞうはスクリーンを置いても映すことができません。レンズや鏡を直接のぞきこんだときだけ見える、不思議なぞうなのです。

虫めがね(凸レンズ)を使うときは、見たいものをレンズに近づけて、焦点しょうてんという決まった点よりも内側に置くと、この虚像きょぞうが大きく見えます。このとき、向きが逆さまにならず、そのままの向きで大きく見えるのが特徴です。

ルラスタコラム

鏡に映る自分の姿も虚像きょぞうの一種です。鏡の前に立つと、鏡の奥に自分と同じ距離だけはなれた場所に自分がいるように見えますよね。これは光が鏡で反射はんしゃして、私たちの目が「鏡の奥から光が来ている」とかんちがいすることで見える現象なのです。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 虚像は、スクリーンをその場所に置いたときに映し出すことができますか。
映し出すことはできません。虚像は実際に光が集まっているわけではないためです。
【応用】 凸レンズを使って虚像を作るためには、物体をどの位置に置く必要がありますか。
物体を凸レンズの焦点よりも内側(レンズに近い側)に置く必要があります。
【実践】 鏡に映る像やレンズで作られる虚像に共通する、像の向きに関する特徴を答えなさい。
物体と同じ向きである「正立」の像になるという特徴があります。

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