未知の鏡配置で光が標的へ届く向きを決めよう

このレッスンの役割

ここまで、反射の現象、法線と角、実験、反射の法則、作図を学びました。このレッスンはセクションの仕上げです。

目標は、初めて見る光源・鏡・標的の配置で、必要な入射光と反射光を作図し、鏡の向きが正しいかを反射の法則と測定誤差から判断することです。

知る・理解する

標的へ光を届けるには、まず鏡上の入射点から標的へ反射光を引きます。次に、光源から入射点へ入射光を引きます。二本の光線が作る角を二等分する線が法線になるよう、鏡面を法線に垂直に置きます。

これは、入射角と反射角を等しくするためです。光源と標的を直接結ぶのではなく、必ず入射点を通る二本の光線で考えます。

実物では線の太さ、鏡の厚さ、位置合わせにより、標的の中心から少しずれることがあります。作図と測定を比べ、ずれが一方向へ続くなら鏡の向きや入射点を見直します。

具体例で使う

災害時に鏡で太陽光を救助者へ向ける場面を考えます。太陽から来る光はほぼ平行なので、鏡の向きを少し変えると反射光の向きも変わります。

安全のため太陽を直接見たり、強い反射光を人の目へ向けたりしません。教材上では弱い光線箱を使い、標的紙へ当てます。入射角42°の測定に対し反射角が41°、42°、42°なら、誤差を考えて法則に合うと判断できます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「鏡を標的へ向ければよい」だけでは、光源から来る向きを考えていません。鏡の向きは、入射光と反射光が法線となす角を等しくするように決めます。

「1°違うから法則は誤り」も、測定誤差を無視しています。複数回の傾向と装置の精度を見ます。次のセクションでは、同じ反射の法則が、ざらざらした面での乱反射や平面鏡の像の見え方をどう生むか学びます。

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。