光学
凸面鏡と凹面鏡
主光线を作図して球面鏡の像位置を求め、図から読み取った位置で と鏡の公式 を確かめ、収束光束と発散光束を区別します。
器具
- 焦点と中心を示す球面鏡（凹・凸）の 3D 図
- 試験光線の「入射角」スライダー
- 鏡の曲率を変える「焦点距離」スライダー
- 像位置と特殊光線を強調する二番目の図
手順
焦点と球心を確認する
キャンバスを回して鏡の頂点、球心 C、主軸上の焦点 F を確認します。F が頂点と C の中点にあること （近軸光束の性質）を図上で確かめます。
特殊光線を描いて像を定める
「入射角」を調整して、軸平行光線が F を通って反射し、F を通る光線が軸平行に反射するのを見ます。光線の交点——像——を読み、シミュレーションの距離で を確かめます。
焦点距離を変えて凹・凸を比較する
「焦点距離」を動かして曲率を変え、反射光束が早く・遅く収束するのを見ます。凸面鏡の場合を推論します。反射線は発散し、鏡の後ろの F で仮想延長だけが交わるため、像は常に虚像・正立・縮小です。
シミュレーション
実験の歴史
イブン・アル＝ハイサム（アルハゼン、1020年頃）の『光学』には、凹面・凸面の球面鏡の最初の体系的解析が含まれ、球面上の反射点を求める有名な問題——後の「アルハゼンの問題」——も扱われます。彼は放物面凹鏡が光を一点に集めることも記述しました。
1668年、アイザック・ニュートンは凹面球面鏡を用いた最初の反射望遠鏡を作り、当時のガラスレンズの色収差を回避しました。1672年に王立協会へ発表しています。今日の大型望遠鏡は放物面鏡を使いますが、これは本シミュレーションで調べる球面鏡の一般化です。