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중학교 1학년 (12-13세)

볼록·오목 렌즈와 상

Convex & Concave Lenses

볼록 렌즈는 가운데가 두꺼워서 지나는 빛을 한 점으로 모으고, 오목 렌즈는 가운데가 얇아서 빛을 바깥으로 퍼뜨려요. 볼록 렌즈로 보는 상은 물체가 어디 있느냐에 따라 달라져요. 초점보다 멀리 있으면 렌즈 뒤 스크린에 거꾸로 선 실상이 맺히고, 초점 안쪽에 있으면 렌즈를 통해 들여다볼 때 바로 서고 커진 허상이 보이는데, 돋보기가 바로 이 경우예요. 오목 렌즈는 물체가 어디 있든 바로 서고 작아진 허상만 만들어서 근시를 교정하는 안경에 써요. 물체 거리를 5 cm에서 35 cm까지 옮기면서, 세 갈래 광선이 만나는 곳에 상이 어떻게 맺히고 초점(10 cm)을 지나는 순간 상의 종류가 어떻게 바뀌는지 따라갈 수 있어요.

볼록 렌즈가 만드는 상

20 cm
💡 볼록 렌즈와 빛
①볼록 렌즈는 가운데가 두꺼운 렌즈로, 지나는 빛을 모은다.
②축에 나란히 들어온 빛은 렌즈 뒤 초점 F'를 지나고, 렌즈 중심을 지나는 빛은 꺾이지 않는다. 이 두 빛이 만나는 곳에 상이 생긴다.
③물체가 초점 바깥에 있으면 거꾸로 선 실상이 스크린에 맺힌다. 물체가 초점에 가까워질수록 상은 멀어지고 커진다.
④물체가 초점 안쪽에 있으면 꺾인 빛이 퍼져서 만나지 않고, 그 빛을 뒤로 늘인 선이 렌즈 앞에서 만나 바로 선 허상이 된다.

오목 렌즈가 만드는 상

🔍 오목 렌즈와 빛
①오목 렌즈는 가운데가 얇은 렌즈로, 지나는 빛을 퍼뜨린다.
②축에 나란히 들어온 빛은 렌즈 앞 초점 F에서 나온 것처럼 퍼져 나간다.
③퍼지는 빛은 실제로 만나지 않으므로, 늘인 선이 만나는 곳에 바로 서고 작아진 허상만 생긴다.
④먼 곳의 상이 망막 앞에 맺히는 근시 눈에 오목 렌즈를 대면, 빛이 조금 퍼져 망막 위에 상이 맺힌다.

물체 위치에 따른 상의 변화

볼록 렌즈의 상 정리

물체 위치에 따른 상의 변화 (F = 초점)
물체 위치상의 종류크기방향
2F보다 멀리실상축소거꾸로
2F 위실상같은 크기거꾸로
F와 2F 사이실상확대거꾸로
F 위상이 생기지 않음--
F 안쪽허상확대바로 섬
렌즈 공식(참고)
1f = 1a + 1b
f는 초점 거리, a는 물체 거리, b는 상 거리다. 그림의 수치도 이 식으로 구했다.
배율
M = ba
배율이 1보다 크면 확대, 1보다 작으면 축소된 상이다.

시험 포인트 정리

핵심 정리
볼록 렌즈: 빛을 모음 · 오목 렌즈: 빛을 퍼뜨림
볼록 렌즈는 물체 위치에 따라 실상도 허상도 만들고, 오목 렌즈는 늘 작아진 허상만 만든다.
🎯 시험 포인트
①볼록 렌즈: 물체가 초점 바깥이면 거꾸로 선 실상, 초점 안쪽이면 바로 선 확대 허상(돋보기).
②오목 렌즈: 물체 위치와 관계없이 바로 선 축소 허상.
③실상은 빛이 실제로 모여 스크린에 맺히고, 허상은 스크린에 맺히지 않고 렌즈를 통해서만 보인다.
④원시는 볼록 렌즈, 근시는 오목 렌즈로 교정한다.
⑤카메라와 눈은 볼록 렌즈가 만든 실상을 이용하고, 돋보기는 초점 안쪽의 허상을 이용한다.

예제와 단원평가

예제 1
볼록 렌즈에서 물체를 초점 안쪽에 두면 어떤 상이 생기며, 이를 이용한 도구는?
1
물체가 초점 안쪽에 있으면 렌즈를 지난 빛이 퍼져서 만나지 않고, 늘인 선이 렌즈 앞에서 만나 바로 서고 커진 허상이 생긴다.
2
이 원리를 이용해 작은 글씨를 크게 보는 도구가 돋보기다.
▸ 바로 서고 커진 허상 / 돋보기
그림에서 물체 거리를 10 cm보다 작게 하면 렌즈 앞에 점선 상이 생기는 것을 볼 수 있다.
예제 2
오목 렌즈는 물체의 위치와 관계없이 어떤 상을 만들며, 어떤 곳에 이용되나?
1
오목 렌즈는 빛을 퍼뜨리므로 물체가 어디 있든 바로 서고 작아진 허상을 만든다.
2
이 성질을 이용해 상이 망막 앞에 맺히는 근시를 교정하는 안경을 만든다.
▸ 늘 바로 서고 작아진 허상 / 근시 교정 안경
볼록 렌즈와 달리 오목 렌즈는 실상을 만들지 못한다.
단원평가 유형
볼록 렌즈와 오목 렌즈에 대한 설명으로 옳은 것은?
①볼록 렌즈는 빛을 퍼뜨린다
②오목 렌즈는 항상 정립·축소된 허상을 만든다
③볼록 렌즈는 항상 실상만 만든다
④오목 렌즈는 빛을 모은다
⑤돋보기는 오목 렌즈를 이용한다
▸ ② 오목 렌즈는 항상 정립·축소된 허상을 만든다
1
오목 렌즈는 빛을 퍼뜨려 물체 위치와 관계없이 바로 선 축소 허상을 만들므로 ②가 옳다.
2
볼록 렌즈는 빛을 모으고(①), 물체가 초점 안쪽이면 허상도 만들며(③), 오목 렌즈는 빛을 퍼뜨리고(④), 돋보기는 볼록 렌즈를 이용한다(⑤).

마지막 수정

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