光ひかり の 性質せいしつ

この 章しょうで 学まなぶこと

第だい 2 章しょう で は、 身み の まわり の 「光こう」 を 物理ぶつり の 目め で 見直みなおします。 鏡かがみ・水みず・凸とつレンズ で 光ひかり が どう ふるまう か を 学まなびます。

• 光ひかり の 直進ちょくしん と 「光源こうげん」 の 種しゅ類るい を 知しる
• 反射はんしゃ の きまり (入射角にゅうしゃかく = 反射角はんしゃかく) を 言いえる
• 屈折くっせつ の きまり と 全反射ぜんはんしゃ の しくみ を 知しる
• 白色光はくしょくこう が 7 色いろ に 分わかれる (分散ぶんさん) こと を 知しる
• 凸とつレンズ で でき る 実像じつぞう と 虚像きょぞう を 区く別べつ できる
• 強つよい 光ひかり (太たい陽よう・レーザー) を 直ちょく視し し ない 安あん全ぜん を 守まもる

ポイント: 光ひかり は 見みえ る もの で は あり ません。 光ひかり が 物もの に 当あたって、 そこ から 反はん射しゃ した 光ひかり が 目め に 入はいる から 「物もの が 見みえる」 の です。 暗くら闇やみ で 何なに も 見みえ ない の は、 反はん射しゃ す る 光ひかり が ない から です。

1. 光源こうげん と 光ひかり の 直進ちょくしん

自じ分ぶん で 光ひかり を 出だす もの を 光源こうげん (こうげん) と 言いいます。

光源こうげん の 種しゅ類るい

光源こうげん の 例れい	くわしく
太たい陽よう、 星ほし	自し然ぜん の 光源こうげん
ろうそく の 火ひ、 ランプ	ものが 燃もえ て 出で す 光ひかり
電でん球きゅう、 LED、 蛍けい光こう灯	電でん気き で 光ひかり を 出だす
ホタル、 一いち部ぶ の 深しん海かい魚	生い物ぶつ が 出だす 光ひかり

月つき や 鏡かがみ は 光源こうげん で は ない こと に 注ちゅう意い。 月つき は 太たい陽よう の 光ひかり を 反射はんしゃ して 光ひかって 見みえる だけ です。

光ひかり の 直進ちょくしん

何なに も さえぎる 物もの が なけ れば、 光ひかり は まっすぐ 進すすみ ます。 これ を 光こう の 直進ちょくしん と 言いいます。

例れい	観かん察さつ される こと
雲くも の すきま から 出でる 光ひかり (薄はく明めい光線こうせん)	太たい陽よう から まっすぐ 線せん が 見みえる
暗くらい 部へ屋や で 懐かい中ちゅう電でん灯とう を 横よこ に 持もつ	ほこり が 光ひかり の 道みち を 示しめす
影かげ が でき る	物もの が 光ひかり を さえぎる ため

大事だいじ: 光ひかり が 直進ちょくしん する から こそ、 物もの の 後うしろ に 影かげ が でき ます。 太たい陽よう が 1 つ で も、 影かげ の 形かたち が はっきり する の は 光ひかり が 直進ちょくしん する 証しょう拠こ です。

2. 反射はんしゃ — 鏡かがみ で 光ひかり が はね 返かえる

光ひかり が 物もの の 表ひょう面めん に 当あたって はね 返かえる こと を 反射はんしゃ と 言いいます。

入射にゅうしゃ角かく と 反射はんしゃ角かく

鏡かがみ に 光ひかり を 当あてる と、 来き た 光ひかり と 出で て いく 光ひかり の 間ま に きまり が あり ます。

用よう語ご	意い味み
**[[入射光	にゅうしゃこう]]**
**[[反射光	はんしゃこう]]**
**[[法線	ほうせん]]**
**[[入射角	にゅうしゃかく]]**
**[[反射角	はんしゃかく]]**

反射はんしゃ の きまり

入射角にゅうしゃかく = 反射角はんしゃかく

入射にゅうしゃ する 角かく と 反はん射しゃ する 角かく は 必かならず 等ひとしい です。 これ を 反射の法則はんしゃのほうそく と 言いいます。 鏡かがみ だけ で なく、 水すい面めん・ガラス・金きん属ぞく の 表ひょう面めん な ど、 すべて の 反射はんしゃ で 成なり 立たち ます。

鏡かがみ に 映うつる 像ぞう (虚像きょぞう)

鏡かがみ に うつる 自じ分ぶん の 姿すがた は、 鏡かがみ の 後うしろ に ある よう に 見みえ ます。 でも 実じっ際さい に は 鏡かがみ の 後うしろ に 自じ分ぶん は い ません。 これ を 虚像きょぞう (きょぞう) と 言いい、 「光ひかり が 集あつまって 実じっ際さい に でき た 像ぞう」 で は ない の が 特とく徴ちょう。

像ぞう の 性せい質しつ	鏡かがみ の 場合ばあい
大おおきさ	自じ分ぶん と 同どう じ
向むき	左さ右ゆう が 反はん対たい
鏡かがみ から の 距きょ離り	自じ分ぶん と 同どう じ 距きょ離り、 後うしろ がわ
種しゅ類るい	[[虚像

乱反射らんはんしゃ

ざらざら し た 紙かみ や 砂すな に 光ひかり を 当あてる と、 反はん射しゃ光こう が いろいろ な 方ほう向こう に 散ちら ばり ます。 これ を 乱反射らんはんしゃ と 言いい ます。 紙かみ や 黒こく板ばん が どこ から で も 見みえる の は 乱反射らんはんしゃ の おかげ です。

ポイント: 1 本ほん ずつ の 光ひかり を 見みると、 全ぜん部ぶ が 「入射角にゅうしゃかく = 反射角はんしゃかく」 の きまり を 守まもって い ます。 でも 表ひょう面めん の 凸凹おう が ばらばら なの で、 全ぜん体たい と して は ばらつく の が 乱反射らんはんしゃ です。

3. 屈折くっせつ — 水みず や ガラス で 光ひかり が 曲まがる

光ひかり が 空くう気き から 水みず・ガラス へ 入はいる と、 さかい 目め で 進すすむ 向むき が 変かわ り ます。 これ を 屈折くっせつ (くっせつ) と 言いい ます。

屈折くっせつ の しくみ

| 光ひかり の 進すすむ 道みち | 屈折くっせつ の 向むき | |---|---| | 空くう気き → 水みず・ガラス | 法線ほうせん に 近ちかづく よう に 曲まがる | | 水みず・ガラス → 空くう気き | 法線ほうせん から 遠とおざかる よう に 曲まがる |

入射角にゅうしゃかく と 区く別べつ して、 屈くっ折せつ し た あと の 角かく を 屈折角くっせつかく と 言いい ます。

屈折くっせつ で 起おこる 不思議ふしぎ

• プール の 水みず の 中なか に 入いれた 棒ぼう が 折おれて 見みえる (屈折くっせつ で 棒ぼう の 先さき から 来くる 光ひかり が 曲まがる)
• コップ に 水みず を 入いれる と、 底そこ の コイン が 浮うき上あがって 見みえる
• 魚さかな を 上うえ から ねらう と、 見みえる 位い置ち より 少すこし 下しも に 本物ほんもの が いる

全ぜん反射はんしゃ

水みず か ら 空くう気き へ 出で て いく 光ひかり で、 入射角にゅうしゃかく が ある 角度かくど (臨界角りんかいかく) を こえる と、 光ひかり は 空くう気き へ 出でら れ ず、 全部ぜんぶ が 反はん射しゃ して 戻もどり ます。 これ を 全反射ぜんはんしゃ と 言いい ます。

例れい	役やく割わり
光ひかりふぁいばーファイバー (インターネット の ケーブル)	[[全反射
ダイヤモンド の かがやき	中なか で 何なん度ど も [[全反射
水みず の 中なか から 上うえ を 見みると、 上うえ の 一いち部ぶ が 鏡かがみ の よう に 見みえる	[[全反射

大事だいじ: 屈折くっせつ と 反射はんしゃ の ちがい — 反射はんしゃ は 「同どう じ 物ぶっ質しつ の 中なか に 戻もどる」、 屈折くっせつ は 「ちがう 物ぶっ質しつ に 入はいる」。 ガラス の 表ひょう面めん で は 両方りょうほう が 同時どうじ に 起おこって いる こと も 多おおい。

4. 光ひかり の 色いろ — 白色はくしょく光こう の 分散ぶんさん

太たい陽よう光こう や 電でん球きゅう の 光ひかり は、 ふだん 白しろく 見みえ ます。 これ を 白色光はくしょくこう と 言いい ます。 でも、 プリズム (三さん角かく柱ちゅう の ガラス) を 通とおす と、 白しろい 光ひかり が 7 色いろ に 分わかれ ます。 これ を 分散ぶんさん と 言いい ます。

白色はくしょく光こう の 7 色いろ

順じゅん番ばん	色いろ	屈くっ折せつ の 度合どあい
外そとがわ	赤あか	小ちいさい (あまり 曲きょくがら ない)
↓	だいだい
↓	黄き
↓	緑みどり
↓	青あお
↓	あい
反はん対たい側がわ	紫むらさき (むらさき)	大おおきい (よく 曲まがる)

雨あめ の 後ご の にじ は、 空くう気き中ちゅう の 水みず つぶ が プリズム の はたらき を して、 白色光はくしょくこう が 分散ぶんさん さ れ た もの です。

物もの の 色いろ の 見みえ 方かた

リンゴ が 赤あかく 見みえ る の は なぜ で しょう か。

物もの の 色いろ	しくみ
赤あかい リンゴ	赤あか だけ を [[反射
緑みどり の は	緑みどり だけ を [[反射
白しろい 紙かみ	すべて の 色いろ を [[反射
黒くろい 服ふく	すべて の 色いろ を [[吸収

ポイント: 「赤あかい リンゴ」 は 「赤あか い 光ひかり を 出だして いる」 の で は あり ません。 「白しろい 光ひかり が 当あたって、 赤あか だけ が 反はん射しゃ して 目め に 届とどく」 から 赤あかく 見みえ る だけ です。 暗くら闇やみ で は どんな リンゴ も 黒くろく 見みえ ます。

5. 凸とつれんずレンズ で でき る 像ぞう

ルーペ や 眼鏡めがね (老ろう眼がん鏡)、 カメラ の レンズ は、 中ちゅう央おう が ふくらんだ 凸とつレンズ で でき て い ます。

凸とつれんずレンズ の 基本きほん用よう語ご

用よう語ご	意い味み
**[[光軸	ひかりじく]]**
**[[焦点	しょうてん]]**
**[[焦点距離	しょうてんきょり]]**

3 本ほん の 大事だいじ な 光線こうせん

凸とつレンズ で 像ぞう を 作図さくず する と き、 つぎ の 3 本ほん を 引ひけ ば 必かならず 像ぞう が 決きまり ます。

光線こうせん	性せい質しつ
① 光ひかり軸じく に 平へい行こう な 光ひかり	レンズ を 出で て **[[焦点
② レンズ の 中ちゅう心しん を 通とおる 光ひかり	そのまま 直ちょく進しん
③ 手前てまえ の [[焦点	しょうてん]] を 通とおる 光ひかり

物もの の 位い置ち と でき る 像ぞう

物もの を 焦点しょうてん より 遠とおく に 置おく か、 近ちかく に 置おく か で でき る 像ぞう が ちがい ます。

物もの の 位い置ち	でき る 像ぞう	大おおきさ	向むき	レンズ の どちらがわ
**[[焦点距離	しょうてんきょり]] の 2 倍ばい より 遠とおく**	[[実像	じつぞう]]	小ちいさい
**[[焦点距離	しょうてんきょり]] の 2 倍ばい の 位い置ち**	[[実像	じつぞう]]	同どう じ
**[[焦点	しょうてん]] と 2 倍ばい の 間ま**	[[実像	じつぞう]]	大おおきい
**[[焦点	しょうてん]] の 上うえ**	像ぞう が でき ない (光こう が 平へい行こう)	—	—
**[[焦点	しょうてん]] より 近ちかく**	[[虚像	きょぞう]]	大おおきい

実像じつぞう と 虚像きょぞう の ちがい

| | 実像じつぞう (じつぞう) | 虚像きょぞう (きょぞう) | |---|---|---| | 光ひかり が 集あつまって でき て いる か | はい (実じっ際さい に 光ひかり が 集あつまる) | いいえ (光こう が 集あつまる よう に 見みえる だけ) | | スクリーン に うつる か | うつる | うつら ない | | 向むき | 上下げ・左さ右ゆう反はん対たい | 物もの と 同どう じ 向むき | | 例れい | カメラ、 映写機えいしゃき | ルーペ、 鏡かがみ |

大事だいじ: ルーペ で 物もの が 大おおきく 見みえる と き、 物もの を 焦点しょうてん より 近きん く に 置おいて い ます。 でき て い る の は 虚像きょぞう。 だから ルーペ で うつ し た 紙かみ を 「スクリーン」 で 受うけ 取とる こと は で き ません。

6. 光ひかり と 私わたしたち の くらし

場ば面めん	使つかわれ て いる 光ひかり の 性せい質しつ
カーブミラー	[[反射
自じ転てん車しゃ の リフレクター	[[反射
老ろう眼がん[[眼鏡	めがね]] (めがね)
近きん視し[[眼鏡	めがね]] (めがね)
カメラ	凸とつレンズ で 小しょう さ な [[実像
顕けん微び鏡かがみ・天てん体たい望ぼう遠えん鏡	レンズ を 2 つ 組くみ 合ごうわ せて 大おおきく 見みせる
プリズム・にじ	[[分散
光ひかりふぁいばーファイバー	[[全反射

7. ふりかえり

この 章しょう で 学まなんだ こと を ふりかえりましょう。

• 光源こうげん と は 「自じ分ぶん で 光ひかり を 出だす もの」 と 言いえる
• [ ]光こう は 何なに も さえぎ ら なけ れば 直進ちょくしん する
• [ ]反射はんしゃ の きまり = 入射角にゅうしゃかく = 反射角はんしゃかく と 説せつ明めい でき る
• [ ]鏡きょう に うつる 像ぞう は 虚像きょぞう で、 鏡かがみ の 後うしろ に 自じ分ぶん と 同どう じ 距きょ離り に ある
• [ ]屈折くっせつ = ちがう 物ぶっ質しつ に 入はいる と き 進すすむ 向むき が 変かわる
• 全反射ぜんはんしゃ は 光ひかり ファイバー に 使つかわれ て いる
• [ ]白色光はくしょくこう が 7 色いろ に 分わかれる こと を 分散ぶんさん と 言いう
• [ ]凸とつレンズ で 物もの を 焦点しょうてん より 遠とおく に 置おく と 実像じつぞう が でき る
• [ ]凸とつレンズ で 物もの を 焦点しょうてん より 近ちかく に 置おく と 虚像きょぞう が でき る
• [ ]実像じつぞう は スクリーン に うつ る、 虚像きょぞう は うつ ら ない

この 章しょう の 安全あんぜん配はい慮りょ

• 太たい陽よう を 絶ぜっ対たい に 直ちょく視し しない (双そう眼がん鏡・望ぼう遠えん鏡 で 見みる の も 厳げん禁きん、 失しつ明めい の 危き険けん)
• レーザー ポインター を 人ひと や 動どう物ぶつ の 目め に 向むけ ない、 鏡かがみ で 反はん射しゃ さ せ ない
• 鏡きょう で 太たい陽よう光こう を 反はん射しゃ させ て 人ひと に 向むけ ない
• 凸とつレンズ で 太たい陽よう光こう を 集あつめる と 発はっ火か する (虫むしめがね で 紙かみ を こが す あ そ び は 火事かじ の 原げん因いん)。 実験じっけん が 終おわったら 必かならず ふた を する
• 暗くらい 部へ屋や で 光ひかり の 実験じっけん を する と き は、 通とおり道みち に 物もの を 置おか ず、 つまずか ない よう に

次じの 章しょう: 第だい 3 章しょう で は 「音おん」 を 学まなびます。 光ひかり と 同どう じ よう に 「波なみ」 で 伝つたわる が、 ちがい も 多おお い。 大音おおと量りょう で 耳みみ を 守まもる こと を 心こころ得え て 始はじめましょう。