測定表から屈折の規則を読み光路を作図しよう

このレッスンの役割

「屈折の規則性と見え方」セクションの第4段階です。前のレッスンでは、光が進む物質の順序によって法線へ近づくか、離れるかを学びました。今回は測定誤差を含む表から規則を読み、未知の入射光に対する屈折光を作図します。

今日完成させる力は、物質の組合せ・進行方向・角度の基準を確認し、屈折光を法線の正しい側へ描くことです。

知る・理解する

空気からガラスへ入る実験で、次のような結果が得られたとします。

どの組でも屈折角は入射角より小さく、入射角が大きいほど屈折角も大きくなる傾向があります。ただし、「入射角が2倍なら屈折角も必ず2倍」という比例ではありません。測定範囲の表にない値を、直線の比例だと決めて求めてはいけません。

作図では、まず境界と入射点を確認し、入射点に法線を引きます。次に物質の順序から、屈折角が入射角より小さいか大きいかを決めます。最後に、屈折光が境界の反対側へ進むよう矢印をつけます。

具体例で使う

空気からガラスへ入射角40°で進む光なら、屈折光は法線に近づくので、屈折角は40°より小さく描きます。表があれば約25°と読めます。同じ道筋をガラス側から逆向きに進ませると、入射角25°、屈折角40°で空気へ出ます。これは光路の可逆性です。

入試の図が上下逆でも、法線との角を比べれば同じ判断ができます。「下向きに曲がる」といった画面上の方向では決めません。

誤答を直して次の学びへつなげる

「反射と同じように入射角＝屈折角」とすると、光路は向きを変えず境界を通るだけになります。屈折の測定表と合いません。また、法線ではなく境界面から角度を取ると大小関係が逆に見えることがあります。

次は、作図した屈折光を目まで追い、その延長から水中の物体が浅く見える理由を説明します。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。