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光の性質

光の反射・屈折と凸レンズ、音の性質、力のはたらきとばねののびを、実験の結果から規則性として見いだす。

このLessonでできるようになること

  • 反射の法則を使って、反射光の進み方をかける
  • 屈折のしかたを、光が進む向きで区別して説明できる
  • 凸レンズによる実像・虚像のでき方を、物体の位置と結び付けて説明できる

前に習ったこと

問題を読み込んでいます…

基本を理解する

光の反射

光は同じ物質の中ではまっすぐ進みます。鏡などで光がはね返ることを反射といいます。

光の反射 鏡の面に垂直な線(法線)を基準に、入射角と反射角をはかる。入射角40°のとき、反射角も40°になる。 入射角 反射角 法線 鏡 入射光 反射光
角は、鏡の面ではなく法線(鏡に垂直な線)からはかる
  • 反射の法則:入射角 = 反射角
  • 鏡にうつる像は、鏡をはさんで物体と対称な位置にあるように見える。
  • でこぼこした面では光がいろいろな向きに反射する(乱反射)ので、どの方向からも物体が見える。

光の屈折

光が異なる物質の境界面を斜めに進むとき、折れ曲がることを屈折といいます。

空気から水へ進む光の屈折 光が空気中から水中へ斜めに進むとき、境界面で折れ曲がる。屈折角は入射角より小さい。 入射角 屈折角 空気 水 法線
空気 → 水では、法線に近づくように曲がる
光の進む向き 入射角と屈折角
空気 → 水・ガラス 屈折角 < 入射角(法線に近づく)
水・ガラス → 空気 屈折角 > 入射角(法線から離れる)

水やガラスから空気へ進む光の入射角を大きくしていくと、光がすべて反射します(全反射、光ファイバーに利用)。白色の光はプリズムで、いろいろな色の光に分かれます。

凸レンズのはたらき

光軸に平行な光は、凸レンズを通ったあと焦点に集まります。レンズの中心から焦点までの距離が焦点距離です。

凸レンズによる像の作図 物体を焦点距離の2倍より遠くに置く。光軸に平行な光は反対側の焦点を通り、レンズの中心を通る光は直進し、手前の焦点を通る光は光軸に平行に進む。3本が集まる位置に、物体より小さい倒立の実像ができる。 2F F F 2F 物体 実像(倒立・小さい)
像の位置は、物体の先から出る光のうち2本の道すじで決まる
物体の位置 像 像の位置 像の大きさ
焦点距離の2倍より遠い 実像(倒立) 焦点と焦点距離の2倍の間 物体より小さい
焦点距離の2倍 実像(倒立) 焦点距離の2倍 物体と同じ
焦点と焦点距離の2倍の間 実像(倒立) 焦点距離の2倍より遠い 物体より大きい
焦点 像はできない - -
焦点の内側 虚像(正立) 物体と同じ側(スクリーンにはうつらない) 物体より大きい

スクリーンにうつる像が実像、レンズを通して見える像が虚像です(虫めがね)。

動かして確かめる

変える条件を一つ決め、結果を予想してから操作しよう。

凸レンズによる像の作図 物体を焦点距離の2倍より遠くに置く。光軸に平行な光は反対側の焦点を通り、レンズの中心を通る光は直進し、手前の焦点を通る光は光軸に平行に進む。3本が集まる位置に、物体より小さい倒立の実像ができる。 2F F F 2F 物体 実像(倒立・小さい)
焦点距離と、物体からレンズまでの距離を変えると、像の種類・位置・大きさが表と文で分かる。

例題

像の位置を求めよう

焦点距離 10 cm の凸レンズの前 20 cm に物体を置いた。像はどこにどんな大きさでできるか。

解き方

20 cm は焦点距離の2倍。反対側の 20 cm(焦点距離の2倍)の位置に、物体と同じ大きさの倒立の実像ができる。

自分でやってみる

問題を読み込んでいます…

間違えやすいポイント

「入射角を鏡の面からはかる」

入射角・反射角・屈折角は、すべて法線(境界面に垂直な線)からはかる。

「虚像もスクリーンにうつる」

虚像は光が実際には集まっていないので、スクリーンにはうつらない。

まとめ

確かめること できること
1 反射の法則を使って、反射光の進み方をかける
2 屈折のしかたを、光が進む向きで区別して説明できる
3 凸レンズによる実像・虚像のでき方を、物体の位置と結び付けて説明できる

理解度チェック

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