反射・屈折・レンズを区間ごとに作図しよう

このレッスンの役割

複合装置の条件を整理したら、光の矢印に沿って作図します。一度に全体を描こうとせず、物質境界・鏡面・レンズで区間を切り、前の区間の出射光を次の区間の入射光としてつなぎます。

知る・理解する

区間ごとの作図手順は次の通りです。

1. 光源から最初の境界まで、同じ物質中を直進させる。
2. 物質境界では法線を引き、物質の順から法線側・法線から離れる側を決める。
3. 鏡面では法線から測った入射角と反射角を等しくする。
4. 凸レンズでは光軸、焦点、中心を使って代表光線を描く。
5. 全区間に光の進行方向を示す矢印を付ける。

具体例で使う

水中から空気へ出た光は、法線から離れるように曲がります。その光が鏡へ当たったら、今度は鏡の入射点へ新しい法線を引きます。水面の法線をそのまま使ってはいけません。反射後の光が凸レンズへ光軸に平行に入れば、レンズ通過後は反対側の焦点へ進みます。

各境界で「入ってくる矢印」を確認すると、空気→水と水→空気の取り違え、入射光と反射光の取り違えを防げます。

誤答を直して次の学びへつなげる

最初の光線の傾きを、装置の最後まで一本の規則で延長してはいけません。光の進み方を変える場所ごとに、使う基準が変わります。

また、境界を越えるたび光線を別物として描かず、前区間の終点と次区間の始点を一致させます。次は、表の数値がこの作図と整合するかを読みます。

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。