光の屈折について教えてください！
曲がるっていうのはわかったけど…
どっちに曲がるの？とかややこしいですよね
光の反射に比べると、屈折はややかしい…
だけど、ちゃんとポイントをおさえておけば大丈夫！
しっかりと基礎から学んでいこうぜ
ってことで、今回は中学理科で学習する「光」の単元から、光の屈折について学習していきましょう！
光については、大きく分けて次の３つの内容を学習します。
- 光の反射
- 光の屈折
- 凸レンズと像
この中から、二番目である「光の屈折」についてイチから見ていこう！
光の反射については、こちらで確認しておきましょう。
光の屈折【屈折の法則】
光はまっすぐ進む！っていうのは反射のところでも学習したよね。
だけど、光が空気中から水やガラスに向かって進むときには
こんな感じで、反射するものもあれば曲がって進むものもあるんだ！
これを光の屈折（くっせつ）といいます。
でも、なんで曲がっちゃうんだろう…
たしかに、これは大きな疑問の１つだよね！
光の屈折を考える上では、次のことを頭に入れて想像力を働かせてみよう
まず、光っていうのは環境によって進みやすい、進みにくいっていうのがあるんだ。
空気中だとスムーズに進むことができる。
だけど、水やガラスの中だとすこし進みにくい…っていう感じ
空気中は、舗装されたキレイな道路
水やガラスの中は、地面が石ころばかりの砂利道
って想像してみてください。
みなさんが自転車で走るときはキレイな道路のほうがスムーズに走れるよね！
光にとっても空気中と水、ガラスの中ではそんな違いがあるんだ。
そして、光の進行っていうのを車輪のついた車だと思って想像してみてね。
すると、こんな感じで考えることができるよ
空気中をまっすぐ進んでいた車は、空気と水の境界に到達したとき
片方の車輪だけが進みにくい水の中に突入！
でも、もう片方の車輪はまだ空気中だからスムーズに進むことができる。
そうなると、車はカーブを描いて進むことになります。
その結果、空気と水の境界で曲がって進むということになっちゃうのです。
なるほど！
光は、車がいろんな道を進んでいるって考えるといいんだね★
では、光が屈折するというイメージがつかめたところで屈折に関する用語を確認しておきましょう。
これも反射のときと同じで、境界面に対して垂直な線を引き、できあがった角をそれぞれ入射角、屈折角といいます。
ただし！
気を付けておきたいのは、反射の法則とは違い…
入射角と屈折角の大きさは異なる！
ってことだ。
先ほどの車で進むイメージを頭に描いてもらうと、どちらの角が大きくなるのかは理解できると思うんだけど、以下にまとめておくよ！
屈折の法則
進みやすい ⇒ 進みにくい に光が進む場合
進みにくい ⇒ 進みやすい に光が進む場合
覚え方としては、どちらも…
空気側の角度が大きい！
ってことですね。
屈折って難しそうに見えるのですが…
進みやすい側の角度が大きくなるって頭に入れておけば、屈折の法則は大丈夫です♪
なるほど！
空気が大きいって覚えておきます！
光の屈折でコインが浮かび上がる！？
光の屈折によって、どんな現象が起こるのか確認しておこう。
まずは、こちらの実験動画を見ていただきたい！
（アルファ実験教室さんから動画引用させていただきました）
え、えぇぇぇ！！
水をいれると、コインの位置が変わっちゃうね
なぜだ！
この現象がまさに光の屈折です。
水が入っていない状態では、コインの一部が隠れて見えなかったですよね。
だけど、そこに水を注ぐことで光の屈折が起こり
コインの全体が浮き上がって見えるようになったということです。
へぇ～そうなんだね！
理由がわかると何だかスッキリ
光の屈折【作図問題】
では、次に光の屈折に関して、どのような問題が出題されるか見ておきましょう。
次の図において、光はA、B、Cのうち、どの方向に屈折するか求めなさい。
境界面に対して、垂直な線を引いてそれぞれの入射角、屈折角を比べてみましょう。
空気の方が大きい！
でしたね。なので、入射角のほうが大きくなっているやつを見ると…
Cが答えってことが分かりました。
答え
C
次のように光を当てたとき、どのように光が屈折するか作図しなさい。
今回の場合、光は空気⇒ガラス、ガラス⇒空気と2回屈折が起こります。
それぞれ空気のほうが大きい！ということを踏まえて屈折させると次ののようになります。
ちょっと複雑なように見えるけど、どっちの角が大きくなるかを見極めることができれば簡単だね。
どっちの角が大きいかというと…もう大丈夫だよね
空気がデカいんだー！！
さらに、今回の作図ではもう１つ覚えておきたいポイントがあって
それがこれだね！
空気に出たときの直線は、元のやつと平行になっているってのも頭に入れておこう。
次のように光を当てたとき、どのように光が屈折するか作図しなさい。
これはちょっと難しいね。
まずはガラスの平らな部分に光が当たるので、そこで1度屈折が起こります。
そこからガラスの局面部分に光が当たることになるのですが…
そこでどのような屈折が起こるのか？がポイントですね。
結論は、次のような形になります。
局面部分に光が当たる場合、そこの点における接線を境界面として考えます。
すると、今回の場合では接線に対して垂直に光が当たっているので屈折することなくまっすぐに光が進むことになります。
これは、初見では難しくて解けませんね(^^;)
だけど、1度解いたことある人にとっては楽勝な問題になるはず！
ってことで、この記事を最後まで読んでくれたあなたは、これで点数アップ間違いなしだ★
光の屈折【まとめ】
光の屈折って、ややこしいのかと思ってたけど覚えておくことはシンプルですね
空気のほうが大きい！！
そうだね！
光の屈折では、どちらに曲がるか？を問われることが多いです。
そのときも落ち着いて、空気が大きい！と思い出して考えていこうね
屈折の法則
進みやすい ⇒ 進みにくい に光が進む場合
進みにくい ⇒ 進みやすい に光が進む場合
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