볼록 렌즈에 의한 상
(1) 볼록 렌즈: 가장자리보다 가운데 부분이 더 두꺼워 입사 광선을 광축 방향으로 모으는 렌즈
① 볼록 렌즈의 초점(F)
- 초점에서 퍼져 나가는 빛은 렌즈에서 굴절된 후 광축에 나란하게 진행한다.
- 광축에 나란하게 입사한 빛은 렌즈에서 굴절된 후 초점에 모인다.
② 초점 거리(f): 렌즈의 중심에서 초점(F)까지의 거리로, 볼록 렌즈의 초점은 렌즈 양쪽에 같은 초점 거리로 하나씩 있다.
(2) 볼록 렌즈에 의한 광선의 경로(광선 추적)
① 그림 (가)와 같이 광축에 나란하게 입사한 광선은 볼록 렌즈에서 굴절한 후 초점(F)을 지난다.
② 그림 (나)와 같이 초점(F)을 지나 입사한 광선은 볼록 렌즈에서 굴절한 후 광축과 나란하게진행한다.
③ 그림 (다)와 같이 볼록 렌즈의 중심을 지나는 광선은 볼록 렌즈에서 굴절하지 않고 그대로 직진한다.
(3) 볼록 렌즈에 의한 상의 작도법
① 실상과 허상
- 실상: 렌즈에서 굴절된 빛이 실제로 모여서 만들어진 상으로, 실상이 있는 지점에 스크린을 놓으면 상이 맺힌다.
- 허상: 렌즈에서 굴절된 광선의 연장선이 모여서 만들어진 상으로, 허상이 있는 지점에 스크린을 놓으면 아무것도 생기지 않는다.
② 정립상과 도립상
- 정립상: 상의 방향이 물체의 방향과 같은 상
- 도립상: 상의 방향이 물체의 방향과 반대인 상
③ 볼록 렌즈에 의한 상의 작도법: 볼록 렌즈에 의한 상의 위치는 렌즈에서 굴절된 광선의 경로를 추적하여 확인할 수 있다. 따라서 상의 위치는 광선 추적에 의해 그려진 3개의 광선 중 최소 2개의 교점을 찾아서 구한다. 만약 렌즈를 통과한 광선이 서로 만나지 않는 경우 굴절 광선의 뒤쪽 연장선을 그어 상의 위치를 찾을 수 있다.
(4) 볼록 렌즈에 의한 물체의 상
렌즈 방정식과 배율
(1) 렌즈 방정식: 렌즈와 물체 사이의 거리가 a, 렌즈와 상 사이의 거리가 b, 렌즈의 초점 거리가 f일 때, a, b, f 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.
(2) 배율(M): 물체의 크기와 상의 크기의 비율을 배율이라고 한다. 위 그림과 같이 상이 생길때, △ABO와 △A’B’O는 닮음이므로 배율 M은 다음과 같다.
볼록 렌즈의 이용
(1) 굴절 망원경(케플러 망원경): 두 개의 볼록 렌즈를 사용하여 멀리 있는 물체를 관측하는 장치로, 초점 거리가 긴 대물렌즈는 물체에서 나오는 빛을 모아 실상을 만들고, 이 실상은 초점 거리가 짧은 접안렌즈에 의해 확대된 허상으로 보인다.
(2) 광학 현미경: 두 개의 볼록 렌즈를 사용하여 가까운 곳의 작은 물체를 관측하는 장치로, 대물렌즈에 의해 확대된 실상이, 접안렌즈에 의해 더욱 확대된 허상으로 보인다.
(3) 카메라: 렌즈를 통과하며 굴절된 빛이 필름(또는 CCD)에 도달하여 상이 맺힌다.
(4) 볼록 렌즈를 이용한 태양 전지: 볼록 렌즈 아래에 태양 전지를 설치하면, 렌즈가 빛을 모아 태양 전지에 보내게 되어 에너지 전환 효율을 높일 수 있다.
참고자료: EBS 수능특강 물리2
