空気から水・水から空気の曲がり方を見分けよう

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3段階です。前のレッスンでは入射角と屈折角を測る方法を整えました。今回は測定結果から、光がどちらの物質からどちらへ進むかによって曲がる向きが変わることを理解します。

今日の到達点は、空気から水・ガラスへ進むと法線に近づき、水・ガラスから空気へ進むと法線から離れる、と図と言葉で判断することです。

知る・理解する

空気から水やガラスへ斜めに進む光は、屈折後に法線へ近づきます。したがって、屈折角は入射角より小さくなります。逆に、水やガラスから空気へ斜めに進む光は、法線から離れ、屈折角が入射角より大きくなります。

「下へ曲がる」「右へ曲がる」と覚えると、図を回転したときに使えません。必ず法線へ近づくか、法線から離れるかで判断します。

ただし、光が法線に沿って境界へ垂直に入ると、入射角は0°です。このとき光の速さは境界で変わっても、進む向きは変わりません。屈折はしているものの、光路はまっすぐに見えます。

具体例で使う

空気からガラスへ入る光の入射角が50°なら、屈折角は50°より小さくなります。中学段階では正確な値を公式で求めるより、物質の組合せと進む向きから大小関係を判断することが中心です。

同じ光路を逆向きに進ませると、光は元の道筋を戻ります。これを光路の可逆性といいます。空気→水で法線へ近づいた道筋を逆にたどれば、水→空気では法線から離れると確認できます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「屈折光はいつも法線へ近づく」は誤りです。どこからどこへ進むかを最初に書きます。また、反射では入射角＝反射角ですが、屈折では一般に入射角と屈折角は等しくありません。二つの現象の法則を混ぜないようにします。

次は、誤差を含む測定表からこの規則性を読み、未知の角度の光路を作図します。

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。