中1物理【いろいろな光の屈折】

このページでは「光の屈折の例」について「平行なガラス」「半円形ガラス」「水中にある物体の見え方」について解説しています。

光の屈折のもっと基本は→【屈折・全反射】←をどうぞ。

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1．さまざまな屈折

例①　平行なガラス（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！（↓の図）

入射した光は

・一部は反射する

・残りは屈折する

と2通りの進み方をします。

まず反射です。入射角と同じ大きさの反射角をつくって反射します。(↓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。光②の反射・屈折を考えましょう。

↓の図のように垂線を引きます。

光②も①と同様、一部の光は反射・残りの光は屈折をします。

反射については、「入射角＝反射角」となるように反射します。（↓の図）

残りの光は空気中へ出ようとして屈折します。

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)

↑の図で、色が同じ角は同じ大きさです。

そのため光①と光③は平行になっていると言えます。

この光③を見た観測者がいたとします。

目は「光はまっすぐやってきた」と錯覚します。(↓の図)

つまり光源が元の位置よりも左側にずれて見えるのです。

このように観測者が右寄りの位置から見ると、光源が左にずれて見えます。

反対に観測者が左寄りの位置から見ると、光源が右にずれて見えます。

例②　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)

この光は

・一部は反射する

・残りは屈折する

というように進みます。

反射について、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。

屈折のときは空気側の角が大きくなるように進みます。この場合、入射角＞屈折角です。(↓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0度（垂線との間の角が0度）ですね。(↓の図)

光と垂線は0度の角をなしているので、入射角は0度なのです。

よって屈折角も0度。

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。

このとき、10円玉は先ほどの位置のままとします。

10円玉にはあらゆる方向から光が当たっています。

その光は10円玉の表面で反射して、あらゆる方向に進んでいます。

（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。

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。

目はこれが「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錯覚するのです。

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円玉の像（虚像という）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。