理科１年　物理

 光の反射
 [要点－光の世界]
①光の直進：
光源は、自ら光を出すもの（例：太陽、懐中電灯、ロウソク）です。
光はまっすぐに進む性質を持ちます。
線香の煙やほこりが舞い上がっている部屋で懐中電灯を照らすと、光の道筋を観察できます。
このように光がまっすぐ進むことを「光の直進」といいます

②反射の法則：
光の反射は、光が物体に当たってはね返ることです。
鏡に光を反射させたとき、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。
入射角は、入射光と鏡の表面に垂直な線によってできる角であり、
反射角は反射光と同様に鏡の表面に垂直な線によってできる角です。
反射の法則は、「入射角と反射角は等しい」という法則です。

　

③全反射：
光が水中（密度が大きい物質）から空気中（密度が小さい物質）に進むとき、
入射角がある大きさ以上に大きくなると、屈折して空気中に出ていく光がなくなり、
空気と水の境界線で光が全て反射されます。
この現象を「全反射」といいます。

④光の屈折：
入射光: 屈折する前の光を指します。
屈折光: 屈折した後の光を指します。
入射角: 入射光と垂直な線の間の角度です。
屈折角: 屈折光と垂直な線の間の角度です。

⑤屈折の仕方:
例① 空気中から水中（ガラス中）に光が進む場合:
入射角 ＞ 屈折角 となるように光が進みます。
このとき、水とガラスは同じと考えても構いません。

例② 水中（ガラス中）から空気中に光が進む場合:
屈折角 ＞ 入射角 となるように光が進みます。

　

⑥凸レンズ：
凸レンズは、光を通し、屈折させることによって像を作ることのできるレンズです。
一般的な使用例にはカメラ、望遠鏡、虫眼鏡などがあります。

焦点：
凸レンズに正面から光を当てると、光は屈折して1点に集まります。
この点を焦点といいます。
焦点はレンズの中心から対称に2つ存在します。

凸レンズの基本の作図：
凸レンズを通る光の進み方は3パターンあります:
(1)光軸に平行に進む光: 凸レンズで屈折して焦点を通ります。
(2)凸レンズの中心を通る光: そのまま真っすぐ進みます。
(3)先に焦点を通る光: 凸レンズで屈折して光軸に対し平行に進みます。

・物体が焦点距離の2倍より遠くにある場合は、実像ができます。
・像は物体より小さい。

　

・物体が焦点距離の2倍と焦点の間にある場合は、実像ができます。
・像は物体よりも大きい。
　

・物体が焦点の上にある場合は、像はできない。
　

・物体が焦点距離よりも近くにある場合は、虚像ができます。
・像は物体よりも大きい。

　

　(光の反射) 
   
①光源から出た光が鏡などに当たると、光は反射する。

②角Aを入射角、角Bを反射角といい、A＝Bという関係が成り立つ。
つまり、光が反射するとき、入射角と反射角は等しくなる。

③これを反射の法則という。
　(鏡による像) 
   
①目がCの位置にあるとき、物体Bから出た光はB → G → Cと進み、Eの位置に物体があるように見える。

②目がAの位置にあるとき、もし鏡が十分大きければ光はB → H → Aと進むはずであるが、
Hの位置に鏡がないため、AからはBを見ることはできない。
　(光の屈折) 
   
①種類の違う物質から光が入ったとき、光が曲がって進む現象を屈折といい、図のaを入射角、bを屈折角という。

②空気 → ガラスと光が進むときは、入射角＞屈折角で、ガラス → 空気と光が進むときは、入射角＜屈折角となる。
　(全反射) 
   
①光が水中から空気中へと進むとき、一部は屈折して空気中へ進み、一部は水面で反射する。

②しかし、入射角がある角度以上になると、空気中には出ていかず、すべて水面で反射するが、この現象を全反射という。

③光ファイバーは、この性質を利用した通信ケーブルである。
　(水中の物体の見え方) 
   
①水の中にある物体から出た光は、水面で屈折するため、光はA → H → Pと進む。

②Pから見るとB → H → Pと進んできたように見え、物体がBにあるように浮き上がって見える。

③物体Aが浅い位置にあるときは、AからP方向への光は全反射をおこし、PからAは見えない。
　(レンズ) 
   
①1図について、軸に平行な光は焦点を通るので、A → Bの光はABFEと進む。
レンズの中心を通る光は直進するのでA → Cの光はACEと進む。
このようにしてAから出た光はEに集まる。
同様にGから出た光はIに、Hから出た光はJに集まる。
JEの位置にスクリーンを置くとAHの像EJがスクリーンに映る。
このような像を実像という。

②物体が焦点F'より外側にあるときできる像は実像であるが、物体が焦点に近づくにつれて像は大きくなる。
物体がちょうど焦点F'上にあるときは像はできない。
物体が焦点F'より内側に来ると実像はできないが、レンズの右側から見るとKNはMPにあるように見える。
これを虚像という。
物体がレンズに近づくと虚像は小さくなる。
 光源と光の反射
　
　

①光源について：
まず、光源とは「自ら光を出せるもの」を指します。
例えば、太陽、星、電球、テレビ、スマホなどが光源です。
ただし、ダイヤモンドやピカピカの金属は光源ではありません。
これらは光源から出た光を反射して光っているだけです。
真っ暗でも「自ら（自分で）」光れるものを「光源」と呼びます。

②光の直進と光の反射：
光の直進: 光がまっすぐに進むことを指します。
これは「空気中」「水中」「ガラス中」「真空中」などで光が直進することです。
ただし、物質が変わる部分で光は曲がります。
例えば、空気中から水中への移動や空気中からガラス中への移動などです。
この部分は「光の屈折」と呼ばれます。
光の反射: 鏡に光を当てると光がはね返ります。
これを「光の反射」といいます。

反射の法則では、入射角と反射角が等しくなります。
入射角は光が鏡に当たる前の角度、反射角は光が鏡に当たった後の角度です。
 光の直進
 
　

①光の直進と光の反射：
光の直進: 光がまっすぐに進むことを指します。
これは「空気中」「水中」「ガラス中」「真空中」などで光が直進することです。
ただし、物質が変わる部分で光は曲がります。

例えば、空気中から水中への移動や空気中からガラス中への移動などです。
この部分は「光の屈折」と呼ばれます。

光の反射: 鏡に光を当てると光がはね返ります。
これを「光の反射」といいます。

反射の法則では、入射角と反射角が等しくなります。
入射角は光が鏡に当たる前の角度、反射角は光が鏡に当たった後の角度です。

②光の直進:
光は、同じ物質中を進むときには直進していきます。
例えば、空気の中、水の中、ガラスの中などです。
ただし、別の物質の中へ光が進もうとすると、光は曲がることがあります。
これを光の屈折といいます。
例えば、空気中から水中に光が進むと、空気と水の境目で屈折が起こります。

③光の直進の例:
宇宙の星を見るとき:
遠くの星から出た光は、宇宙空間の中を直進して地球まで届きます。
もし光が直進していなかったら、遠くの星座はおろか月や太陽さえも見ることができないかもしれません。

④影ができるとき:
自分の影ができるのは、光が直進する性質によります。
光はネコなどの物体に当たった場所から直進し、壁に当たることで影ができます。

⑤直進するスピード:
光は、進む物質によってスピードが決まります。
最も速く進むことができるのは真空中で、光速は秒速約30万kmです。
物質の中でのスピードは屈折率によって表されます。
例えば、空気の屈折率は1.000292、水の屈折率は1.3334です。

⑥なぜ光は直進するのか？:
光は外部から力が加わらない限り直進する性質を持っています。
これは慣性の法則に基づいています。
慣性の法則によれば、すべての物体は外部から力を加えられない限り、
静止している物体は静止状態を続けるとされています。
 光の反射の法則
 
　

①反射の法則:
反射が起こるときには、必ず「入射角＝反射角」が成り立ちます。
入射角とは、光が物体に当たる角度を指します。
反射角は、光が物体から反射する角度です。
例えば、鏡に向けて光を当てると、反射光の角度は入射光と同じになります。

②乱反射:
身のまわりの物体の表面は、一見なめらかに見えていることがありますが、実際には凸凹しています。
凸凹の物体に光があたると、一つ一つの光は反射の法則に従って、入射角と反射角が等しくなります。
しかし、全体を見ると、光はいろいろな方向に反射していることがあります。
これを乱反射といいます。
 光の屈折
 
　

①光の屈折とは？
光の屈折は、光が別の物質に入る際に曲がる現象です。
例えば、空気中から水中に光が進むと、空気と水の境目で屈折が起こります。
同じ物質の中では光は直進するため、屈折は別の物質の境界でのみ起こります。

②屈折のポイント：
入射光：ガラスや水などに向かっていく光
屈折光：物質内で屈折した光
入射角：垂直な線（垂線）と入射光の間の角度
屈折角：垂線と屈折光の間の角度
空気からガラスや水に光が入射する時、「入射角」＞「屈折角」となります。
ガラスや水から空気中に光が入射する時には、「入射角」＜「屈折角」となります。

③屈折率について：
屈折する角度は「屈折率」という値で決まります。
屈折率は物質ごとに異なり、真空の屈折率を1として表されます。
例えば、水の屈折率は約1.33、ガラスは約1.4～2.1です。
屈折率が高いほど、光は大きく屈折します。
 光の全反射
 　
　

①全反射の条件:
光がある媒質（例：ガラス）から別の媒質（例：空気）に入射する際、
入射角がある特定の角度を超えると、光は全て反射されます。
この条件を数学的に表すと、**入射角（i）＝反射角（r）**となります。

②具体的な例:
水中から空気中に角度をもって入った光は、入射角＜屈折角の原理で屈折します。
さらに入射角を大きくすると、屈折した光は空気中に出られず、すべて反射して水中に戻ります。
この現象が全反射です。

③応用:
全反射は、光ファイバーやダイヤモンドのカット、双眼鏡、胃カメラなど、
身近なものにも利用されています。
 水中の物体が浮き上がって見える現象
 
　

この現象は、屈折によって生じます。

①光の直進:
水中の物体を真上から観察すると、物体から出た光はまっすぐ進みます。

②屈折:
真上からわずかにずれると、光は水面で屈折します。
光の直線と、水面から出た光の直線の交点が、浮き上がって見える物体の位置となります。

具体的な例として、水中にあるコインが浮き上がって見える場合を考えてみましょう。
コインの表面からの光が水面で屈折して目に入るとき、
光の道筋を作図すると、コインの見かけの位置から水面までは点線で描き、
水面から目までは実線で描きます。
これにより、浮き上がって見えるコインの位置がわかります。
 ガラスを通してみたときの像のずれ

　 

　

ガラスを通して見ると、物体の位置が実際の位置からずれて見えることがあります。
これは「光の屈折」という現象によるものです。
光は、空気からガラスに入射するときや、ガラスから空気に入射するときに、屈折します。

具体的には、以下のポイントを考えてみましょう。
①ガラスより上の部分の光の道筋：
ガラスより上の部分は、ガラスを通さなくてもそのまま物体が見えます。
つまり、ロウソクからやってくる光は目に向かってそのまま直進してきます。

②ガラス越しの部分の光の道筋：
ガラス越しの部分からやってくる光は、ガラスで屈折して進んできます。
空気からガラスに入射するときは、入射角＞屈折角で屈折し、
ガラスから空気に入射するときは、入射角＜屈折角で屈折します。
人間は「光はまっすぐに進むもの」と思っているため、
実際には屈折してやってきたはずの光を最初から直進してきた光だと錯覚してしまいます。
つまり、ガラス越しに見ている部分の物体は、本来の位置より右にずれて見えているのです。