対象等
中学、高校
目的
・ ピンホールカメラを製作し、目の原理を考える
準備
方眼画用紙、定規、はさみ、セロテープ、針、パラフィン紙(薬包紙)、B5上質紙、ローソク、ローソク立て、虫眼鏡
使用材料
ありません
実験場所
理科講義室または物理実験室等
方法
ピンホールカメラの製作
@ 方眼画用紙を使って、牛乳パック状の箱を二つ作ります。片方の方を一回り大きくして、一方の箱に入れてスライドさせる構造です。
A 大きな方の箱にはふたをつけ、ここにまち針で小さな穴を開けます。千枚通し等では穴が大きすぎます。(小さい方が像が鮮明になります)
B 小さい方の箱の一端にスクリーンとして薬包紙を貼りました。
C これらをセロテープを使って組み立てます。本来中は黒く塗った方が良いのですが、今回はそこまでやりませんでした。ただ組み立て方によって隙間から光が漏れる場合があったので、黒の絶縁テープでふさぎました。最初から黒の絶縁テープを使っても良いのかもしれません。
D 以上の行程が面倒なら、それこそトイレットペーパー等の芯を活用すれば簡単にできます
E 出来上がったら暗い場所でローソクの灯りを見て、それがどう見えるかを確認させます。(生徒は像が逆さまに写ることにびっくりしていました)
レンズを使った実験
@ ローソクとレンズと上質紙を一直線に並べ、上質紙にローソクの画像がきちんと写るようにして、レンズと上質紙までのだいたいの距離を測定します。またこの時の像の明るさと写り方をピンホールカメラと比較、観察させます。(レンズを使うと像が鮮明になるということを教えたいためです)
A ローソクとレンズの位置を@の状態と同じ距離にして、レンズを2枚重ねて像までの距離を測定します。(距離が短くなることを確認させます)。
実験場の注意点
・ レンズを使った実験では、ローソクと像までの距離を常に一定にしておかないと、結果がいい加減になります
結果
・ ピンホールカメラの像は、穴が小さければローソクはくっきり写りますが、通常の景色は暗すぎてほとんど写りません、穴を大きくすれば写りますが、今度は像が鮮明になりません
・ レンズを使うと像は逆さまになり、また明るくなると言うことを強調しています
・ レンズが厚くなると像までの距離が短くなることを確認させ、人間の水晶体のはたらきを考えさせ、近視や遠視の話をします
・ 今はデジタルカメラやスマホによるカメラが当たり前なので、こういったカメラはまさしく時代遅れで、生徒もあまり関心を持たないようです
考察、応用
・ 凹レンズ等も使えば面白い実験になると思いますが、それは生物というより物理に近くなります
生徒さんへ
・ 箱の中に光が漏れないような工夫が必要です
・ 二つの箱がぴったりくっついて、なおかつ前後にスムースに動くように作る必要があります