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・レーザーれーざー) 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 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	ものが燃もえて出だす光ひかり
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	観察かんさつされること
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	鏡かがみに当あたる前まえの光ひかり
反射光はんしゃこう	鏡かがみから出でていく光ひかり
法線ほうせん	鏡かがみの面めんに垂直すいちょくな線せん
入射角にゅうしゃかく	入射光にゅうしゃこうと法線ほうせんが作つくる角かく
反射角はんしゃかく	反射光はんしゃこうと法線ほうせんが作つくる角かく

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 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	自じ分ぶんと同おなじ
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	自じ分ぶんと同おなじ距きょ離り、 後うしろがわ
種しゅ類るい	虚像きょぞう

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 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
光ひかりファイバー (インターネットいんたーねっとのケーブル)	全反射ぜんはんしゃで光ひかりを遠とおくまで伝つたえる
ダイヤモンドのかがやき	中なかで何なん度ども全反射ぜんはんしゃする
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	全反射ぜんはんしゃ

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 「同おな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、 プリズムぷりずむ (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 (あまり曲まがらない)
↓	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)

雨あめの後のちの 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	赤あかだけを反射はんしゃし、 ほかの色いろは吸収きゅうしゅう
緑みどりのは	緑みどりだけを反射はんしゃし、 ほかの色いろは吸収きゅうしゅう
白しろい紙かみ	すべての色いろを反射はんしゃ
黒くろい服ふく	すべての色いろを吸収きゅうしゅう

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. 凸レンズとつれんずでできる像ぞう

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。

凸レンズとつれんずの基本きほん用よう語ご

用よう語ご	意い味み
光軸こうじく	レンズの中心ちゅうしんを通とおる真まっすぐな線せん
焦点しょうてん	光軸こうじくに平へい行こうな光ひかりが集あつまる点てん (両りょうがわに 1 つずつ)
焦点距離しょうてんきょり	レンズの中心ちゅうしんから焦点しょうてんまでの距きょ離り

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 光軸こうじくに平へい行こうな光ひかり	レンズを出でて 焦点しょうてん を通とおる
② レンズの中心ちゅう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	レンズを出でて 光軸こうじくに平へい行こう になる

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	上下げ・左さ右ゆう反はん対たい	反はん対たいがわ
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	同おなじ	上下げ・左さ右ゆう反はん対たい	反はん対たいがわ
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	上下げ・左さ右ゆう反はん対たい	反はん対たいがわ
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	物ものと同おなじ向むき	物ものと同おなじがわ

実像じつぞうと虚像きょぞうのちがい

	実像じつぞう	虚像きょぞう
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	物ものと同おなじ向むき
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 近ちかく 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	反射はんしゃ
自じ転てん車しゃのリフレクター	反射はんしゃ (再さい帰き反射はんしゃ)
老ろう眼がん眼鏡めがね	凸とつレンズで虚像きょぞうを作つくる
近きん視し眼鏡めがね	凹おうレンズ (中心ちゅうしんがへこんだレンズ)
カメラ	凸とつレンズで小ちいさな実像じつぞうを作つくる
顕微鏡けんびきょう・天てん体たい望ぼう遠えん鏡	レンズを 2 つ組み合わせくみあわせて大おおきく見みせる
プリズム・にじ	分散ぶんさん
光ひかりファイバー	全反射ぜんはんしゃ

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おな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)
• レーザーれーざーポインター 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 (虫めがね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。 光ひかりと同おなじように 「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。