未知の境界で光の道筋と見かけの位置を判断しよう

このレッスンの役割

「屈折の規則性と見え方」セクションの最終レッスンです。これまで、屈折の観察、角度を測る実験、物質の順序による曲がり方、データと作図、見かけの深さを学びました。今回は初めて見る物質名や図でも、必要な情報を選んで説明します。

今日の到達点は、「どこからどこへ進むか」「法線へ近づくか離れるか」「実際の光路か見かけの延長か」の三点を整理し、結論に根拠をつけることです。

知る・理解する

初見問題では、物質名を覚えているかより、問題中の実験表から関係を読めるかが重要です。例えば、物質AからBへ進むと屈折角が入射角より小さいという資料があれば、A→Bでは法線へ近づきます。逆向きのB→Aでは、光路の可逆性により法線から離れます。

反射と屈折が同時に描かれることもあります。反射光は入射光と同じ物質側へ戻り、入射角＝反射角です。屈折光は境界を通り反対側の物質へ進み、一般に入射角と屈折角は等しくありません。

具体例で使う

透明物質AからBへ入射角35°で光を当てたところ、屈折角22°でした。別の光をBからAへ入射角22°で当てれば、光路の可逆性から屈折角は35°となり、元の道筋を戻ります。

物質B中の点PからA中の目へ光が届く図なら、実際の光路をPから目へ実線で描きます。見かけの位置を求めるときだけ、目に入る側の光線をB側へ破線で延長します。作図を目から始めても、実際の光の矢印はPから目の向きです。

誤答を直して次の学びへつなげる

「図で下へ曲がっているから法線へ近づいた」という説明は、図を回すと使えません。法線との角が小さくなったかを確認します。また、反射の法則を屈折角へ使わないよう、反射光と屈折光が境界のどちら側にあるかを見ます。

次の「全反射と光の利用」では、水・ガラスから空気へ進む光の入射角をさらに大きくすると、屈折光が出なくなる場合を調べます。今回の水→空気で法線から離れる規則が、その前提になります。

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。