中1物理【いろいろな光の屈折】

このページは→【屈折・全反射】←の部分をある程度理解していることが前提になります。
よければ参考に。

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1.さまざまな屈折

ここではいろいろな屈折の例を見てみましょう。

長方形型のガラス

↓の図のように長方形型のガラスに光が入射したときを考えてみましょう。

まず光が入射したところに垂線を引きます。これ大事ですよ!

入射した光の一部は、このときできた入射角と同じ大きさの角(反射角)をつくるように反射します。(↓の図)

残りの光は屈折します。
このとき↓の図のように空気側の角の方が大きくなるように屈折します。
(入射角>屈折角)

この光②はガラス内部から再び空気中へ出ようとします。
ここでも反射・屈折を考えましょう。

↓の図のように垂線を引きます
一部の光は入射角=反射角となるように反射しますね。

残りの光は空気中へ出ようとします。
このとき↓の図のように空気側の角の方が大きくなるように屈折します。
(入射角<屈折角)

できあがった↓の図を見てみると色が同じ角がありますね。
これは同じ大きさであることを示しています。
また光①と光③は平行になっています。

半円型のガラス

↓の図のように半円型のガラスに光が入射したときを考えましょう。
ちょうど円の中心に光が入射しているとします。

さっきから何度も言ってますが…
光が入射したところに垂線を引きます。(↓の図)

入射した光の一部は↓のように反射します。(入射角=反射角になってます)

残りの光は屈折してガラスの中を進んでいきます。
空気側の角が大きくなるように屈折するので、入射角>屈折角となっています。(↓の図)

この②の光はガラスの曲面の部分から空気中へ出ようとします。
このとき入射角はほぼ0度ですね。(↓の図)

垂線との間にできる角が入射角です。
つまり光と垂線は0度の角をなしているということができますから、入射角はほぼ0度なのです。
よって屈折角は0度、つまりそのまま光は直進するのです。

2.屈折によって起こる現象

いまお茶碗に入った10円玉があります。
↓のような位置から人が観察したとしましょう。
右上にあるのが目ですよ。

しかしこの位置では、お茶碗のふちにさえぎられて見ることができません。(↓の図)

ではこのお茶碗に水を入れてみます。
10円玉は先ほどの位置のまま。
10円玉にはあらゆる方向から光が当たっています。
またその光をあらゆる方向に反射しています。
(そうやって物体は見えるんです。私たちは反射した光を見て物体の形や色を認識しています)
この反射光のうち↓の図のような1本の光を考えましょう。

この反射光は空気中に出ようとします。
ここで↓の図のよう垂線を引いておきましょう。(しつこいですが…ほんとに大事です)

一部の光は反射しますがここでは省略します。
屈折によって空気中に出る光のみを考えます。
空気側の角の方が大きくなるはずなので、入射角<屈折角となるように屈折が起こります。(↓の図)

人がとらえたこの屈折光。
人はこれが「屈折してやってきた」ではなく、「直進してやってきた」と勝手にとらえてしまいます。
つまり↓の図の点線上のどこかから光がやってきたと誤認識するのです。

つまり10円玉がこの点線上にあるように見えてしまいます。(↓の図)

これが10円玉の(虚像)です。

このように水中にある物体は浅いところにあるように見えてしまいます
これは光の屈折が原因で起こる現象なのです。

■このページのポイント

・反射や屈折の基本は「垂線を引くこと」と「垂線との間にできる角」に注目すること。
・屈折の場合「空気側にできる角が大きい」というように屈折する。

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