中学1年物理 - 光の性質とレンズ

初級(光の進み方 10問)と中級(凸レンズ 10問)の重要確認テストです。

正解:0 / 10問
第 1 問 基本事項
太陽や電球、ホタルのように、自ら光を放つ物体のことを何というか答えなさい。
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【正解】
光源(こうげん)
【解説】
みずから光を発するものを光源と呼びます。月や机などは自ら光を出しているのではなく、太陽や蛍光灯などの光源からの光をはね返して(反射して)いるため見えています。
第 2 問 光の進み方
均一な空気中や真空中などを、光がまっすぐに進む性質を何というか答えなさい。
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【正解】
光の直進(または 光が直進する性質)
【解説】
光は途中に障害物がなく同一の物質の中を進むとき、一直線にまっすぐ進みます。日なたに物体の「影」ができるのは、光が直進して遮られるためです。
第 3 問 反射の法則
平らな鏡に光が反射するとき、鏡の面に垂直に立てた直線と「入射光」のなす角を[ ア ]、垂直な直線と「反射光」のなす角を[ イ ]という。このとき[ ア ]=[ イ ]となる規則性を何というか答えなさい。
鏡の面 垂直な線(法線) 入射光 反射光 ア イ 【図1】光の反射における角度の関係
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【正解】
ア:入射角 イ:反射角 / 法則名:反射の法則
【解説】
入射角・反射角は「境界面(鏡の面)と光の間の角」ではなく、「面に垂直な直線と光の間の角」として測ります。常に 入射角 = 反射角 が成り立ちます。
第 4 問 鏡と像
平らな鏡の正面 30 cm の位置に置いた物体を鏡越しに見るとき、鏡の中にできる像は鏡の面から奥へ何 cm の位置にあるように見えるか答えなさい。
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【正解】
30 cm(鏡の奥 30 cm)
【解説】
平面鏡にできる像は、鏡の面に対して物体と対称な位置にできます。そのため鏡の面から物体までの距離と、鏡の面から像までの見かけの距離は等しく(30 cm)なります。なお、物体から像までの距離を問われた場合は 30 cm + 30 cm = 60 cm となります。
第 5 問 乱反射
白い紙や黒板のように表面に細かな凹凸がある面にあたった光が、さまざまな方向に反射することを何というか。また、このときそれぞれの微小な面において「反射の法則」は成り立っているか答えなさい。
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【正解】
乱反射(らんはんしゃ) / 成り立っている
【解説】
微小な凹凸面で各点ごとに面の向きが異なるため散らばって反射しますが、ミクロな個々の衝突面ではすべて反射の法則(入射角=反射角)が成立しています。乱反射のおかげで、私たちはどの方向からでも物体を見ることができます。
第 6 問 屈折の基本
光が空気から水やガラスに入るとき、境界面で光の進む向きが折れ曲がる現象を何というか答えなさい。
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【正解】
光の屈折(くっせつ)
【解説】
異なる物質の境界面を斜めに光が進むとき、光の進む速さが物質によって変わるため進む向きが曲がります。この現象を屈折と呼びます。
第 7 問 屈折角の大小(空気 → 水)
図のように、光が「空気」から「水」へ斜めに入射するとき、入射角と屈折角の大小関係はどのようになるか。「>」「<」「=」のいずれかの記号を用いて表しなさい。
空気 水 入射角 屈折角 【図2】空気から水への光の屈折
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【正解】
入射角 > 屈折角(または 屈折角 < 入射角)
【解説】
空気からガラスや水などの密な物質へ進むとき、光は垂直な線(法線)に近づくように曲がります。したがって 入射角 > 屈折角 となります。
第 8 問 屈折角の大小(水 → 空気)
光が「水」から「空気」へ斜めに出ていくとき、入射角と屈折角の大きさの関係はどうなるか答えなさい。また、水中に沈んでいるコインを斜め上から見ると、実際の深さより浅く見えるか、深く見えるか。
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【正解】
入射角 < 屈折角 / 浅く見える(浮き上がって見える)
【解説】
水やガラスから空気へ光が出るときは、法線から離れるように曲がるため 入射角 < 屈折角 になります。屈折した光の直線を逆向きに延長した位置に像を感じるため、水中の物体は実際よりも浅く(浮き上がって)見えます。
第 9 問 全反射
光が水やガラスから空気へ進むとき、入射角を一定以上に大きくすると、光が境界面の外に出ることなく境界面ですべて反射する現象を何というか答えなさい。
空気 ガラス(または水) 屈折光なし 100%反射 【図3】境界面での全反射
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【正解】
全反射(ぜんはんしゃ)
【解説】
水やガラス(密な媒質)から空気(疎な媒質)へ進むときにのみ起こります。入射角を次第に大きくしていくと屈折角が90度に達し、それを超えると光は空気中へ抜け出せず境界面ですべて反射します。この現象は光ファイバーや胃カメラなどに広く利用されています。
第 10 問 利用技術
第9問の「全反射」の性質を利用して、細いガラスや透明プラスチックの繊維の中に光を閉じ込めて遠くまで情報を高速伝送する通信用ケーブルを何というか答えなさい。
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【正解】
光ファイバー(光ファイバーケーブル)
【解説】
光ファイバーの芯(コア)と外側の層(クラッド)の屈折率の違いを利用し、光を芯の内側で全反射を繰り返させながら進ませることで、長距離・大容量の高速インターネット通信を可能にしています。