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光の屈折が読むだけでわかる!

このページを読むと

光の屈折について

入射角と屈折角

屈折のコツ

全反射

 

を学べるよ!中学の学習にとても役立つよ!

 


また、このページは中1理科の光の学習の2ページ目だよ!

 

①光の直進と反射

②光の屈折←今ここ

③凸レンズ・実像・虚像の作図

 

すべてのページを読むと光の学習が完璧になるよ!

 

ぜひチャレンジしてね☆

 


 

みなさんこんにちは、このサイトを作っている「さわにい」といいます。

中学理科の教育を仕事としていて、ネットでも理科の苦手分野を無くす手伝いができればと考え、このサイトを作っています。よろしくです!

 

どうも。ねこ吉です。

それでは学習スタート!


1.光の屈折

①光の屈折とは

まずは「光の屈折」とはどんなものかを説明するよ。

「屈折(くっせつ)」とは「曲がる」という意味だね。

屈折!

あれ?先生。前のページの「光の直進」で光はまっすぐに進むって勉強しなかった?
うん。そこはしっかり確認しておこう。

「光の屈折」というのは、「空気中→水中」とか。「空気中→ガラス中」のように、物質が変わる部分で光が曲がることなんだ。
間違えやすいから、図で書いておくね。
光の屈折   直進と屈折
なるほど。光はまっすぐに進むけど、「空気→水」のように、物質が変わるところで曲がるんだね。
光の屈折…光が異なる物質の境界で曲がること

②光の屈折に必要な用語

さて、次は光の屈折の勉強に必要な用語を確認するよ。

光の屈折の用語

上の図を見てみよう。まず赤色の「空気と水の間に垂直な線」というのがあるね。実際には無い線だけど、作図の時には重要な線となるよ。「垂直」とは「90度」のことだね。

入射光…屈折する前の光
屈折…屈折した後の光
入射角入射光垂直な線の間の角
屈折角屈折光垂直な線の間の角

①~④の用語は必ずすべて覚えておこうね。

入射光」と「入射角」は鏡の時と同じだね!

③屈折の仕方

次は屈折の仕方だよ。テストにもよく出題されるところなんだ。
覚えるパターンは2つだよ。

例① 空気中から水中(ガラス中)に光が進む場合
 入射角>屈折角(入射角が屈折角より大)となる
☆テストでは水とガラスは同じと考えてOKだよ。
光の屈折基本図①-1   光の屈折基本図①-2
上の2つの図を見てみよう。「空気」から「水(ガラス)」へ光が進むときは、入射角屈折角となるように光が進む。というルールがあるんだ。
うん。確かに入射角のほうが大きいね!
そうだね。実際の写真ものせておくよ。
光の屈折の写真  光の屈折の写真-2

次は光の進む向きが反対になった場合だよ。

例② 水中(ガラス中)から空気中に光が進む場合
屈折角>入射角(屈折角が入射角より大)となる
光の屈折基本図①-3   光の屈折基本図①-4
上の2つの図を見てみよう。今度は「水(ガラス)」から「空気」へ光が進んでいるね。このときは、屈折角入射角となるように光が進む。というルールがあるんだ。
さっきと反対なんだね!
そう。は水やガラスの中にある角度が「入射角」になっているからね!

それではまとめるよ。
例① 空気中から水中(ガラス中)に光が進む場合
 入射角>屈折角(入射角が屈折角より大)となる
光の屈折基本図①-1   光の屈折基本図①-2

例② 水中(ガラス中)から空気中に光が進む場合
屈折角>入射角(屈折角が入射角より大)となる
光の屈折基本図①-3   光の屈折基本図①-4
先生…。覚え方のコツはないですか…。
うーん。下の2つポイントは覚えておいてもいいかな。

ポイント①
「水(水中側)が絶対に角度が小さい」
入射角とか屈折角はややこしいから、「水(ガラス)側の角度がいつも小さい」と覚えるのもいいよ!確認してみてね!
光の屈折基本図①-1   光の屈折基本図①-2
光の屈折基本図①-3   光の屈折基本図①-4
おー!なるほど!!

ポイント②
「空気→水」と「水→空気」は光の向きを反対にしただけ!
図を2枚にするね。
光の屈折基本図①-1
光の屈折基本図①-3
ねこ吉。上の2つの図を見てごらん。光に注目すると、進み方が反対になっただけだね!
光の屈折の覚え方
あ、ほんとだ。
覚え方のヒントにしてね☆

最後に光の屈折の様子を動画にしたよ。
15秒くらいだよ。(見にくくてごめんね…。)

④全反射

次は「全反射」について学習するよ。
全反射?なんだか難しそう…
大丈夫だよ。まずは下の図を見てね。
全反射①
「水(ガラス)中→空気中」に光を出すと、上の図のように屈折するよね。
うんうん。

この図の入射角を大きくしていくよ。
全反射①全反射②全反射③
すると上の図のようになっていくよね。
さて、右の図よりさらに入射角を大きくするとどうなるかな?
あれ?どうなるんだろう。
答えは下の図のようになるんだ。
全反射③ → 全反射④
あれ?鏡じゃないのに光が反射しているね。
そう。屈折角が90度以上大きくなると、屈折せずにすべて反射するんだ。これを「全反射」というんだよ。
「光ファイバー」って聞いたことあるかな?光通信に使われるものなんだけど、これは全反射を利用しているんだ。
テストにも出題されるから、「全反射」と「光ファイバー」はセットで覚えておこう

最後に全反射の写真だよ
光の全反射

⑤光の屈折の作図と実験の例

例1「浮かんで見える硬貨」

最後にテストに出やすい屈折の実験例だよ。

例としては「浮かんで見える硬貨」があるよ。

「浮かんで見える硬貨」?
うん。おわんにお金を入れて、それに水を入れるとお金が浮かんで見えるんだ。
下の写真を見てみてね。(動画は15秒)
浮かんで見える硬貨①  浮かんで見える硬貨②
おー。不思議だね。

これは光の屈折が関係しているんだ。
浮かんで見える硬貨の図
実際は光は屈折してるけれど、「人間の目(脳)」は「光はまっすぐに進むもの」と思ってるから、図の黄色の点線のように感じるんだね。
その結果、「浮かんでいる」ように見えるんだ!
(もちろん実際は沈んでいるよ。)
ほんとは赤の光だけど、黄色の光と感じるんだね!

これで屈折の解説は終わりにするね。
次回は「凸レンズ」についてだよ。
凸レンズはこのページの屈折と同じように苦手な人が多いところだから、
ぜひ読んでみてね!
みんなお疲れ様☆

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