測定表から臨界角を見つけ全反射の光路を作図しよう

このレッスンの役割

「全反射と光の利用」セクションの第4段階です。前のレッスンでは、全反射に二条件が必要だと学びました。今回は実験表の不完全な値から臨界角の範囲を読み、全反射した反射光を作図します。

今日完成させる力は、屈折光の有無を証拠に臨界角をはさみ、法線と反射の法則を使って光路を描くことです。

知る・理解する

ガラスから空気へ光を進め、次の結果を得たとします。

この表では臨界角は約42°です。もし40°では屈折光があり、45°では全反射した、という二点だけなら、「臨界角は40°より大きく45°以下の範囲」と読みます。測っていない42°と断定してはいけません。

作図では、境界の入射点へ法線を引きます。全反射の二条件を満たすことを確認したら、屈折光は描かず、入射光と法線の反対側へ、入射角と等しい反射角で反射光を描きます。

具体例で使う

臨界角が約42°のガラスで入射角55°なら、55°＞42°なので全反射します。反射角は55°です。境界面との角は35°ですが、これを反射角にしてはいけません。

測定表で、入射角41°では屈折光あり、43°ではなしなら、臨界角は41°より大きく43°以下です。さらに42°を測れば範囲を狭められます。測定の細かさ以上に正確な値を主張しません。

誤答を直して次の学びへつなげる

表の「屈折光なし」を「測定失敗」と消すのは誤りです。全反射が始まった証拠です。また、全反射を「光がなくなる」と考えると、反射光を描けません。空気へ出ない光は内部側へ反射しています。

次は、この反射を何度も繰り返して光を遠くへ運ぶ光ファイバーの仕組みに使います。

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。