中1理科「光の進み方の要点まとめノート」

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中1理科の「光の進み方と光の反射」についてまとめています。「光の進み方と光の反射」に関して、入射角と反射角、像、乱反射、作図の仕方などにふれています。それでは、中1理科の「光の進み方と光の反射」をみていきましょう。

光の進み方

光源は、太陽や電灯、ろうそくのように自ら光を出すものを光源といいます。光源以外は光源から出た光が物体にあたって、その表面で跳ね返り、それが目に届くことによって見えます。つまり、ものが見えるには光源が必要であります。

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光の直進

光の直進は、光がまっすぐに進むことです。線香の煙を充満させた空気や入浴剤を入れた水に光源装置から出ると光をあてると、光がまっすぐ進むようすがわかります。

光の反射

光の反射は、光が物体にあたって跳ね返ることです。

  • 入射光と反射光…鏡に反射する前の光を入射光、反射した後の光を反射光といいます。
  • 入射角と反射角…鏡の面に垂直な線と入射光との間にできる角を入射角、反射光との間にできる角を反射角といいます。

鏡で反射するときの光の進み方

<鏡で反射するときの光の進み方を調べる手順>

  1. 方眼紙に直線を十字に引き、線に沿って鏡を立てる。方眼紙上に的になるものを立てる。
  2. 光源装置から光の鏡に反射させて的にあて、道筋を記録する。入射光上にA,B、鏡にあたった点にC、反射光上にD、Eの印をつける。
  3. Aの方向から鏡をのぞき、AからEの印がどのようにに見えるか調べる。
  4. 光の道筋を線で引き、入射角と反射角の大きさを調べる。
  5. 的の位置を変えて、2~4と同じことを行う。

<考察>
入射角と反射角はいつも同じになると考えられる。鏡に見える的は光源から出た光の直線上で、鏡の向こう側にあるようにに見える。

光の屈折

光の屈折は、異なる物体の境界面で光が折れ曲がって進む現象です。光が屈折するとき、一部は反射します。

ガラスの通る光の進み方を調べる

<手順>

  1. 方眼紙に直方体ガラスを置きその形を写しとる。
  2. 図の位置に的(鉛筆のキャップなど)を立てる。
  3. 光源装置からの光を直方体ガラスを通して的にあて、道すじを記録する。入射光上にA,B、出てきた光の道すじ上にC,Dのしるしをつける。
  4. Aの方向から直方体ガラスをのぞき、 C,Dのしるしがどのように見えるか調べる。
  5. 的の位置を変えて、3と4と同じことを行う。
  6. しるしをもとに光の道すじを線で引き、入射角と屈折角の大きさを調べる。

<結果>
C,Dのしるしは、A,Bの延長上に見えます。

<考察>

  • 光が空気からガラスで進むときは、入射角>屈折角となります。
  • 反対に光からガラスから空気へ進むときは、入射角<屈折角となります。
  • 異なる物質との境界を光が進むとき、境界面で光が屈折します。

屈折角

物体の境界面に垂直な線と屈折した光(屈折光)との間にできる角

屈折した光の進み方

  • 空気からガラスや水に進むとき、入射角>屈折角となります。
  • ガラスや水から空気に進むとき、入射角<屈折角となります。

光の屈折によって起こる現象

  • ガラスを通して物体を見ると物体がずれて見える。
  • 水中の物体が浮き上がって見える。

屈折のできる像

光ABを通り、ガラスで屈折してCDを通って、目に入る。そのためチョークの像は、DCの延長上にあるように見える。このとき点Pでの入射角と点Qでの屈折角、また点Pでの屈折角と点Qでの入射角がそれぞれ等しくなっており、ABとCDは平行になっています。

全反射

反射光がガラスは水から空気へ進むとき、入射角を大きくすると屈折せずに境界面で全部反射する現象です。

光ファイバー

インターネットなどの光通信に使われている光ファイバーは、細いガラスの線で、その中にレーザーを通すと、全反射を繰り返しながら遠くまで光が伝わっていきます。

反射の法則

反射の法則は、鏡で光が反射するとき入射角と反射角が等しくなるという法則です。

像は、鏡に映って見える物体をもとの物体の像といいます。もとの物体と像は、鏡に対して対称の位置にあり、あたかも像から光が直進しているように見えます。

鏡に反射して見える光の書き方

  1. 鏡によって作られる物体と同じ長さの図を書く。
  2. 像の左右の端と観察者の点をそれぞれ直線で結ぶ。
  3. 物体の左右の端から2の直線と鏡の交点に光線をかく。そこで光が反射して観察者に届くそれぞれの光線を書く。

鏡によってできる像の作図

<例>2点(頭のてっぺんと靴の先端)の像のできる位置の作図

  1. 頭のてっぺんと靴の先端から出た光が鏡に反射して見に入る道すじを書き入れる。
  2. 全身をうつすのに必要な鏡の範囲をなぞる。

乱反射

乱反射は、いろいろな方向に反射することである。光を表面がでこぼこしたものに当てると、鏡の面のようにすべての光が同じ方向に反射するのではなく、それぞれの場所の表面のようす(状態)によって、いろいろな方向に反射することです。しかしながら、ひとつひとつの光を見ると、「入射角と反射角が等しい」という関係は保たれている。

身のまわりの物体の多くは表面がでこぼこしているので、光が当たると乱反射する。このため。きれいな像はうつらない。いろいろな方向から物体を見ることができるのは、物体に当たった光が乱反射して、いろいろな方向にすすんでいるからである。

比較全反射は、反射光がガラスは水から空気へ進むとき、入射角を大きくすると屈折せずに境界面で全部反射する現象です。インターネットなどの光通信に使われている光ファイバーは、細いガラスの線で、その中にレーザーを通すと、全反射を繰り返しながら遠くまで光が伝わっていきます。

日常の中の乱反射
よくみがいた金属の表面はきらきらと光りますが、紙などの表面に光が当たっても金属のようにはならない。これは、紙の表面がでこぼこしているため、光が乱反射しているからです。
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