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学習項目 4 光の屈折に関する重要事項
ま と め ★ １． 空気中 から 水中（ガラス） へ進む場合 入射角＞屈折角 ２． 水中（ガラス） から 空気中 へ進む場合 入射角＜屈折角 ここでは、作図の仕方はもちろんだが、入射角と屈折角の大小関係をしっかりと覚えておこう。 覚えやすいように、語呂合わせを作ってみた。よかったら使ってね。 空気中から水中（ガラス）へ進む場合、屈折角＜入射角 ク ミ が クック 空気 水 ガラス 屈 ＜ ← 覚えやすいように、不等号の向きを変えた！ 入り 入 水中（ガラス）から空気中へ進む場合、入射角＜屈折角 み 水 が ガラス 学習項目 く 空気 ４ 、ニュークック 入 ＜ 屈 光の屈折に関する重要事項 ■ 屈折しないその１ 鏡のときも同じであるが、境界面に対して垂直に光をあてると、光は屈折せず直進する。 空気 境界面 水 ■ 屈折しないその２ 水中（ガラス）から空気中に向かって光を当てたとき、入射角がある一定上の大きさになると、光は空気中に 出ずに、水面下ですべて反射してしまう現象が起きる。これを全反射という。全反射の例が光通信などで利用 する光ファイバーである。 水そうを下からみたとき、金魚が水面にさかさまに写って見える ■ 屈折に関する重要問題 その１ 半円形ガラス 曲線部分は光は直進、直線部分で屈折を考える！ 光ファーバーケーブル 長形ガラス 屈折場所は２ヵ所，入ってくる光と出ていく光は平行になっている！ 平行にする!! ■ 屈折に関する重要問題 その２ 厚レンズの後ろに鉛筆を置いた。右斜めからのぞいたらどうみえるんだろう。 ？ これも、作図で解決できちゃいます。作図で考える場合、真上からみた図に書き直すのがコツなんだ。 ポ イ ン ト 【屈折の作図に関する攻略Ⅲ～】 ステップ１ ： 真上から見た図をかく。 ステップ２ ： 鉛筆の両端から目の方向に向かってガラスの境界面まで線をひく。 平行にする!! ステップ３ ： 屈折をさせて目までの光の道すじを作図する。 平行にする!! ステップ４ ： ガラスの境界面から目までの光の道すじの部分を鉛筆の方向に延長させる。 ステップ５ ： 延長線とガラスの境界面の交わった部分がガラス越しに見える部分になる。 ガラス越しに見える部分 つまり、 というように、左にずれてみえるんだ。作図で考えられるようにしておこうね。 学習項目 凸レンズに関する問題 ５ ■ 凸レンズを通る光の道すじは？ 凸レンズを通るときの光の道すじを考える前に、まず用語の確認をしておこう。 レンズに光を通すと、１点で光が交わるところがある。この点を焦点という。焦点はレンズを中心に左右に１ 個ずつある。これは、右から光を当てたときと、左から光を当てたときの２つできる理由から納得できるでしょう。 で、焦点とレンズの中心までの距離を焦点距離というんだ。また、レンズの中心を通り、レンズ面に垂直な 直線をレンズの光軸という。 レンズの中心 焦点距離 焦点距離 光軸 焦 点 凸レンズを通る光の道すじは次の３パターンをまずは覚えよう。 ポ イ ン ト 【凸レンズの作図の基本】 パターン１ 光軸に平行な光 → 凸レンズの中心まで平行線を引き、凸レンズの中心から反対側の焦点を通る線をひく。 パターン２ 凸レンズの中心を通る光 → そのまま、直進する。 パターン３ 焦点を通った光 → 凸レンズの中心まで直進させ、凸レンズの中心からに光軸に平行になるように線をひく。 この３つの光をあわせると、ある１点で交わる。この点のところに像ができる。 この像は、物体とは上下左右が反対の像になる。この像を倒立実像、または単に実像という。 左右を逆 上下を逆 で、この倒立実像は物体の位置によって大きさが変わるんだ。実際に作図によってみてみましょうか。 ポ イ ン ト 【物体の位置と倒立実像のでき方】 ①焦点距離の２倍の位置よりも遠い位置においたとき 大 き さ → 物体よりも小さな倒立実像 できる位置→ 焦点と焦点距離の２倍の位置の間 物体 焦点 ・ 焦点距離の２倍 の位置 ・ 焦点 ・ ・ 倒立実像 ・ ②焦点距離の２倍の位置においたとき 大 き さ → 物体と同じ大きさの倒立実像 できる位置→ 焦点距離の２倍の位置 物体 焦点距離の２倍 焦点 ・ ・ 焦点 ・ 焦点距離の２倍 ・ の位置 ・ 倒立実像 の位置 ③焦点距離の２倍の位置と焦点の間においたとき 大 き さ → 物体よりも大きな倒立実像 できる位置→ 焦点距離の２倍の位置よりも遠い所 物体 焦点 ・ ・ 焦点 ・ ・ ・ 焦点距離の２倍 の位置 倒立実像 次に、物体を凸レンズと焦点の間に置いた場合を考えてみよう。 物体 焦点 ・ 焦点距離の２倍 の位置 ・ 焦点 ・ ・ ・ 倒立実像ができないよね。 だから、反対方向を延長させてみよう。 物体 焦点 ・ 焦点 ・ ・ ・ ・ 焦点距離の２倍 の位置 どう？反対側で結ばれたよね。この反対側で結ばれた像は、物体と同じ方向の大きな像ができた。この像を 正立虚像または単に、虚像というんだ。 また、焦点の位置に物体を置いてみよう。 倒立実像はできないよね。 焦点 ・ 焦点距離の２倍 焦点 ・ ・ ・ 物体 の位置 じゃぁ、正立虚像ができるかもしれないよね。反対側に延長させてみよう。 ・ 焦点 ・ 焦点 ・ 焦点距離の２倍 ・ ・ ・ 物体 の位置 あれ？正立虚像もできないよね。 実は、焦点のところに物体をおいたら、実像も虚像もできないんだ。 ポ イ ン ト 【正立虚像と像ができないのとき】 ④凸レンズと焦点の間においたとき 大 き さ → 物体よりも大きな正立虚像 できる位置→ 物体よりも後ろ 物体 焦点 ・ 焦点距離の２倍 の位置 ・ 焦点 ・ ・ ・ ⑤焦点の位置においたとき 像はできない 焦点 ・ 焦点距離の２倍 焦点 ・ ・ ・ ・ 物体 の位置 ポイント①～⑤をすべて覚えな くちゃいけないんですか？ そうだね。優先順位をつけて覚えていこうか。最優先事項は②焦点距離の２倍の位置においた場合。これは、 焦点距離の２倍の位置だと、像は物体と同じ大きさになる。ここをしっかり押さえておこうね！ 次に④凸レンズと焦点の間においたとき。これは正立虚像ができるんだったね。 なら、像が大きくなるとか小さく なるとかはやっぱがんばって覚 えないといけないのかな？ そうだね。最後にまとめとして表を載せておくので、その表を使って覚えてもＯＫ。でも覚えるのって大変だから できたら、自分で図を作って導き出せるほうがいいかもね。その作り方も伝授しておこうか。 まず、横線をひく（光軸をつくる）。 横線の中心に縦線をひく（レンズのかわり） ものさしをあてて、縦線を真ん中に、左右に同じ長さの位置に点をとる（焦点の作成）。 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ さらに、２倍の位置に点をとる（焦点の２倍の位置の作成） ・ あとは、↑（物体）をかいて、作図していけばいい。 近づけると ね？描いちゃえば楽でしょ？えっ？そうでもないって（泣） あと、ポイント⑤はすぐ覚えられるでしょ。がんばって！！ 大きくなる ・