4.4 光の波

4.4 光の波
4.4.1 電磁波の発生と伝播
電界と磁界が交互する波
• 電界の変化が磁界を生み磁界の変化が電界を生む
光速＝30万km/sの速度で真空中を伝わる
荷電粒子（電子・イオン）が振動すると電
磁波が発生（熱振動→赤外線）
原子核の周りの電子の軌道変化
• 電子がエネルギーの高い軌道から低い軌道に移
ると電磁波が発生
磁界
可視光：波長が 380nm～770nmの電磁波
電界
nm（ナノメートル） 10 m
• 青い光
• 赤い光
→
→
水素原子からの光・スペクトル
波長：短，振動数：大
波長：長，振動数：小
問題 4-23
電磁波は電気を帯びた粒子が 振動 するとき
や，原子核の周りの電子がエネルギーの高い
軌道 から，低い軌道に移るとき放射される．
4.4.2 スペクトル
温度が高いと青い光を発する
温度を持つ
あらゆる物
体から電磁
波が放射さ
れている
波をいろいろな波長の波に分解
太陽光（白色光）
• 高温のガス（約6000度）からの光
• 連続スペクトルを持つ光
温度低い → 赤い（波長長い）
温度高い → 青い（波長短い）
• 太陽光の中心波長は緑色の部分（550nm）
フラウンホー
ファー線
太陽表面温度
温度が高い
ほど，短い
波長で強い
電磁波を放
射する
1
4.4.3 光の３原色
4.4.3 色の３原色
赤
マゼンタ（緑を吸収）
緑
シアン（赤を吸収）
青
イエロー（青を吸収）
目の視神経は３種類の色に反応
３つの信号の強さで脳が色を感じる
絵の具が特定の波長の光（色）を吸収
３つを混ぜると，赤，緑，青の全てが吸収さ
れ黒く見える
補充問題４１
問題 4-24
電磁波について正しいのはどれか．
太陽光線のうち，赤い光だけを跳ね返す
（第27回臨床工学技士国家試験問題より）
物体の色は 赤 くみえ，青い光だけを
a．波長は周波数に比例する．
跳ね返す物体は 青 く見える．
b．水中での伝搬速度は光速である．
c．エックス線は回折しない．
d．緑色光は青色光よりも波長が長い．
e．周波数が高いほど直進性が強い．
１．a，b
4.4.5 全反射
屈折率が大きい物質から小さい物質に入射すると
き，屈折角が 90゜を越えるような入射角（臨界
角）で起きる．
sin
sin 90°
２．a，e
３．b，c
４．c，d
５．d，e
光ファイバは全反射の利用
ファイバースコープ
内視鏡
• ガラスファイバーの中
での全反射
ダイアモンド
• 屈折率が大きい＝2.4
：屈折率大
：屈折率小
2
4.4.6 光の干渉
同じ周波数の２つの波が重なってやってくる
• ２つの波の位相が同じ →
• 半波長ずれている
→
強め合う
弱め合う
ニュートンリング
油膜やシャボン玉の虹色
4.4.6 光の干渉
回折格子
• 回折光の干渉
• 光の分光
• CDディスクの虹色
• 膜の表面で反射された光と裏面で反射された光の干渉で
特定の波長の光が強められる
光の波の連続性が保たれる距離程度に膜が薄いと
きだけ見える
複スリット
入射光
4.4.7 レーザー
位相，波長が
揃った平面波の
光を発生
1波長の差
4.4.8 光の散乱
地球大気は青い
→ 空気分子による青い光の散乱
• エネルギーの減
衰が小さい
夕焼け
→ 青い光がより散乱されて，赤い光が空
気中を透過してくる
原子の出す光
• 固体レーザー
• ガスレーザー
• 半導体レーザー
CD，DVDの読み
出しに利用
4.4.9 偏光
光の波の振動方向
• 普通の光：あらゆる方向
• 偏光：反射光・偏光物質を透過した光，
振動方向がそろった光
液晶ディスプレイに利用
4.4.9 偏光
反射面に平行な振動面になる
屈折光と反射光が直角になるとき（ブルースター
角）完全に偏光する
• 入射光の電界振動 → 反射面の電子の振動 → 反射光
• 電子は面に垂直には振動できない
入射光
入射光
偏光板（ある向きの振動
面の光のみを透過）
反射面に平
行に偏光
反射面
3
4.4.10 平面鏡と反射像
問 4-28
(a)空が青く見える
鏡
目は光の来た方向に像
があると感ずる
散乱
(b)夕焼けが赤く見える 散乱
(c)光ファイバーを使うと遠くまで光を伝える
ことができる
全反射
(d)液晶ディスプレイによる表示
虚像：光がそこから来
るように見える
目
虚像
偏光
(e)水面の油膜に虹色の縞が見える 干渉
(f) CDのディスク面が虹色に見える 干渉
(g) CDやDVDの情報を読み出す
半導体レーザー
凸面鏡による反射
• 虚像は物体より小さい
• バックミラー
4.4.12 レンズと焦点距離
球面状に磨いたガラスによる光の屈折
• 1点からの光を 1点に集める → 像を作る
焦点
凸面鏡
目
虚像
4.4.13 レンズの作る像
1
1
1
:レンズの焦点距離
:物体とレンズとの距離
:レンズと像との距離
（虚像のときは
を負とする）
• 無限遠からの光（平行光線）が1点に集まる点
問 4-29
 結像の規則
1. 光軸に平行に入射した光は焦点F を通る
2. レンズの中心C に入射した光は屈折しない
3. 焦点F を通って入射した光は光軸に平行に進む
a
b
A
C
F
f
B
f :凹面鏡の焦点距離
a :物体と凹面鏡との距離
b :凹面鏡と像との距離
4