- 光が異なる物質を通過するときに曲がることを「光の屈折」と言う
- 光の屈折は、メガネや顕微鏡カメラなど様々な場所に使われている！
- 光の屈折は物体ごとに光のスピードが変わるから起こる！
この前お風呂に入ったら腕が短くなったんだ！
お風呂苦手だろお前は
それは光が曲がったからなんだ！
光が曲がるの！？
うん！それを「光の屈折」っていうんだ！
光の屈折？
「光の屈折」はカメラや顕微鏡などの色々な場所に活用されているんだ！
今回はそんな「光の屈折」について学んでいこう！
よっしゃしっかり学んでルフィみたいに腕を伸ばすぞ！！
それじゃあ授業スタート！
この授業はYoutubeでも解説しています！
Youtubeの方が音声があってわかりやすいので、動画が見れる環境の方はこちらの方がおすすめです！
光の屈折とは？
光を使った1番有名な道具は凸レンズです
小学校の理科の実験でも出てくるね
凸レンズに光を当てると、このように1カ所に光が集まります
光が集まった場所を「焦点」と言うんだったね
凸レンズなどで屈折した光が1カ所に集まる点のことを「焦点」と呼ぶ
焦点は光の屈折によってできます
平行に入射した光が凸レンズで曲がることで1カ所に集められます。このように光が曲がることを屈折といいます。
凸レンズなど異なる物質に光が入射する時に光が曲がるこのことを「光の屈折」と呼ぶ
光の屈折については実験で詳しくみていきましょう！
光の屈折の活用例
光の屈折を活用した道具はこのようなものがあります
身近なものが多いね！
共通点は何かな？
う〜ん。大きくすることかな？
そうだね！光を活用しているから望遠鏡や顕微鏡のようにものを大きくすることができるね
屈折の実験！
実際に実験で光の屈折を観察してみましょう！
様々な形をしたガラスを用意して、このガラス たちに光を入射して、光がどう曲がるのかを観察していきます！
凸レンズの形からだね！
凸レンズは光が屈折して１か所に集まりました！
凸レンズと一緒の結果だね！
凸レンズに平行な光を入射すると、1カ所に集まりますね
次は三角形！
光の軌跡がわかりにくいですが、三角形に当たった光が2つに分かれています。
片方の光は屈折せず、もう片方は屈折しました。
続いて半円！
半円も綺麗に屈折してるね！
長方形！
長方形は屈折しなかった！
屈折する/しないは、形に秘密があるのかな？
うん！そうみたいだね！
入射面・反射面が光と垂直になっていると屈折しないみたいだね！
光を斜めにしてやってみよう！
今回は屈折したね
さっきは長方形は屈折しなかったのになんでだ？
その秘密に迫るために「光が曲がった場所」に注目してみよう！
２回屈折してる！！
その通り！
光の屈折は、「空気中からガラスに入る時」と、「ガラスから空気中に出る時」の2回屈折しています！
これで屈折の条件がわかってきたね！
屈折は光が異なる物質を通過する時に起こる！
水を使った屈折の実験
もっと細かく屈折の実験をしていきましょう！
円形の実験装置の下半分に水を入れたこのような装置を使って実験していきます。
不思議な形だね
この実験装置は光を当てることで、自ら空気中に光が出てその境界面で屈折するから、屈折の角度を調べることができます。
詳しい角度を調べられるってわけ
暗くして上から光を当ててみます
光が曲がったね！
用語を下の画像で覚えましょう！
入射光・・光源から境界面までの光
屈折光・・境界面から出る光
入射角・・入射する光と境界面と垂直な線とのなす角度
屈折角・・屈折する光と境界面と垂直な線とのなす角度
入射角・屈折角の場所を間違えないように注意！
空気→水 に入射すると入射角＞屈折角 になる！
今度は逆に水→空気に光を入射します！
屈折角は大きくなったね！
水→空気 に入射すると入射角＜屈折角 になる！
空気側の角度が大きくなるのかな？
いい考察だね！
屈折の原理からこの仕組みを考えてみよう！
光の屈折が起こる原理
光の屈折をイラストで考えてみます！
懐中電灯で、光を水中に当てたときをイメージしてイラストで考えていきます。
光が境界面に来た時を考えてみましょう！
光の屈折を考える上で重要なのは、空気中と水中では光の進む速度が違うことです！
空気中・・ 秒速30万km
水中・・・秒速22.5万km
この速度の違いを理解した上で、イラストの方を見ていきましょう。
光が境界面に来たときに、光の厚さを考えてみると、上の部分は空気中にありますが、下の部分は水中に潜っていると考えることができます
光の厚さを考えると曲がり方がわかるんだ！
空気中に入った光に比べて水中に入ってしまった光は速度が遅くなります。そのため、境界面でがくっと曲がったように左が屈折します。
これが屈折の原理！
空気中と水中で光の進む速度が違うから、境界面で光の屈折が起こる
なるほど！水中に入ると遅くなるんだ！
だからイラストのようなことが起こるんだね！
水→空気の場合も一緒だね！
うん！同じように考えることができるよ！
なるほどね！
この場合は逆で屈折角が大きくなるんだ！
うん！これで完璧だね♪
屈折角が大きくなりすぎるとどうなっちゃうの？
いい疑問！「全反射」をするよ！
全反射？
うん！詳しくみてみよう！
全反射
水→空気 に光を入れた時に入射角を大きくしていくとこうなる！
反射した！
うん！境界面で反射することを全反射と言うよ
屈折角が90°を超えて反射してしまうこと！
活用した道具に光ファイバーがあります
光ファイバーはインターネットに使われている技術で、筒の中を2種類の屈折率(光の進むスピードが違う)の物質で構成することで、光が光ファイバーの中を全反射して進むから、外に出ずに光を運ぶことができる。めちゃくちゃすごい技術！
光ファイバーのおかけで今もインターネットが使えているんだ！
他にも屈折によって虹が見えたりと、日常にはたくさんの光の屈折が潜んでいます！ぜひ探してみてください♪
虹のでき方
＼詳しい虹のでき方についてはコチラで解説しています♪／
虹のでき方についても、一緒に勉強していきましょう！
虹にも屈折が関係してるんだね
今度は色の違う光を屈折させてみます
赤色と青色の光を比較すると、どうやら青色の光の方がほんの少しだけ曲がりやすいようです。
青色と緑色で比較しても、こちらも青色の方が少し曲がりやすいみたい。
これが関係あるの？
この違いが虹を作っているんだ！
光の色ごとに屈折したときの曲がりやすさが違うから、青色の光は曲がりやすく、赤の光は曲がりにくいことで、光の色の差、つまり虹ができるってこと！
こんなふうに三角形のガラスに光を当てると入る時と出る時で、2回屈折するから光が分散して虹のように見える。
これをプリズムって言うよ！
虹の場合は、雨粒がこのプリズムの役割を果たして光をそれぞれ違う角度で屈折させるから、私たちの目には別々の方向から光が入射してるくるように見える。
その結果、私たちは虹を観察することができるっていうわけ！
難しいね。
虹はおまけ！屈折がわかればOKだよ！
でももっと知りたい人は虹のメカニズムを解説している動画や記事を参考にしてね♪
屈折の面白実験！
屈折を使った面白い実験をやってみるよ♪
楽しみだね
ビーカーの中に、消臭ビーズをたくさん入れます。
このビーカーに水を入れてくとどうなるでしょうか？
何か出てきた！！
面白いですねっ！原理はこんな感じ
なるほどね！
ほかにもあるよっ
ガラス棒とサラダ油は、その物体の中を通る光の速さが同じ位だから、2つの物質の間では屈折が起こらない（理論上は、、）
だから、サラダ油の中では、ガラス棒は透けて見える。はず
ただあんまり上手くいかなかった〜〜
だめなんかい！
消えるコイン
次のはテスト問題にもよく出るから知っておいてね♪
湯飲みの中に水を少しずつ入れていきます。そうするとコインが浮かび上がってくるんです。この実験はよく出るので、しっかりと押さえておきましょう！
コインが出てきた！
これも光の屈折です！
原理をイラストで説明するとこんな感じっ
ほむほむ？
実際の光は曲がっているけど、人間は真っ直ぐ進んできている！って勘違いしているからコインが浮かび上がってみえるんだ！
なるほど〜勘違いなんだね！
うん！面白いよね！
今回の授業は動画の方が圧倒的にわかりやすいからYoutubeで確認してみてね♪
まとめ
- 光が異なる物質を通過するときに曲がることを「光の屈折」と言う
- 光の屈折は、メガネや顕微鏡カメラなど様々な場所に使われている！
- 光の屈折は物体ごとに光のスピードが変わるから起こる！
今回のまとめクイズ！
次の学習も一緒に頑張ろうね！
この授業は４時間目！
- １時間目 光って何？
- ２時間目 光の直進
- 3時間目 光の反射＆乱反射
- ４時間目 光の屈折＆全反射
- ５時間目 凸レンズを使ってレンズの実験をしよう！
- ６時間目 凸レンズで出来る像の作図にチャレンジ！
- ７時間目 凸レンズの焦点距離を計算しよう！
- ８時間目 虹はどうしてできる？
- ９時間目 音って何？
- 10時間目 モノコードを使って音の性質を理解！
- 11時間目 オシロスコープで音の波形を読み取ろう！
- 12時間目 ３つの力のはたらき
- 13時間目 いろいろな力の種類
- 14時間目 矢印を使って力を表現しよう！
- 15時間目 フックの法則の法則を実験！
- 16時間目 質量と重さって何が違うの？
- 17時間目 力のつりあい
- 18時間目 複数の力のつりあいを考えよう！
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