水に入れた棒が折れて見える現象から問いをつくろう

このレッスンの役割

ここは「光の反射・屈折」コースの「屈折の規則性と見え方」セクション、6レッスン中の第1段階です。前のセクションでは、鏡で反射した光の延長から、像が別の位置に見えることを学びました。今回は、光が空気と水の境界を通るときに進む向きを変える屈折へ進みます。

今日の到達点は、水中の棒や硬貨がずれて見える事実と、「境界で光の進む向きが変わるのではないか」という問いを分けて言うことです。まだ曲がる向きは決めません。

知る・理解する

透明なコップへ斜めに棒を入れると、水面のところで折れたように見えます。棒を取り出すとまっすぐなので、棒そのものが曲がったわけではありません。また、空の容器では縁に隠れて見えない硬貨が、水を入れると同じ目の位置から見えることがあります。

共通しているのは、水中の物体から出た光が水から空気へ進み、目へ届くことです。光は水中と空気中ではそれぞれ直進しますが、境界を斜めに通ると進む向きが変わります。この現象が屈折です。

観察では「棒が水面でずれて見えた」と書きます。「水が棒を曲げた」は理由の予想なので、事実とは分けます。次に、光の入る角度や、空気・水のどちらから進むかを変え、光路を測れば予想を確かめられます。

具体例で使う

プールの底は実際より浅く見えることがあります。魚を水面の斜め上から見ると、実際の位置と見える位置がずれます。どちらも物体が動いたのではなく、物体から目へ届く光が水面で屈折した結果です。

一方、水面を真上から見る場合はずれが小さくなります。この違いから、「境界へ入る向きが屈折の大きさに関係するのではないか」という次の問いが生まれます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「水には物を大きくしたり曲げたりする力がある」だけでは、見る角度による違いを説明できません。見るとは、物体から来た光が目へ届くことです。物体の形ではなく、光の道筋を調べます。

次は、入射光・屈折光・法線を区別し、入射角と屈折角を正しく測る実験を組み立てます。

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。