光の進み方について② ( 屈折と全反射 )

光の進み方について② (屈折と全反射) （２時間目）平成２０年９月２５日（木）致遠館高等学校

○本日の内容について 　■（実験）屈折率の測定と全反射　　・屈折率の測定　　　　　（寒天と台形ガラスについて）　　・全反射について　■光の進み方のまとめ

（確認）屈折の法則 • 屈折率ｎ１２について入射角ｉ反射角ｊ入射光速さｖ１波長 λ１反射光ｎ１２：媒質１に対する媒質２の屈折率速さｖ１波長 λ１媒質Ⅰ 媒質Ⅱ 屈折光屈折角ｒ波長 λ２速さｖ２

[実験ワークシート①] 光の屈折率の測定 • 目的　空気中から寒天やガラス（台形ガラス）に入る光に　　　　　ついて，与えられた入射角ｉに対する屈折角ｒを測定し，　　　　　それぞれの屈折率を調べる。また，媒質による屈折率　　　　　の違いをみる。 • 方法　Ⅰ[空気１→寒天２] Ⅱ[空気１→台形ガラス３] 　与えられた入射角に対する屈折角を測定　→　屈折率を求める

実験Ⅰ[空気１→寒天２]空気に対する寒天の屈折率ｎ12について実験Ⅰ[空気１→寒天２]空気に対する寒天の屈折率ｎ12について

寒天の屈折角の求め方 ・LED光源をO点にあるスリットに向けてあてる。・鏡による，反射光と，スリットを抜けた屈折光が観察できる。（反射光はスリットのスペースにより光線の中心部分が陰になる。）・反射角を見ながら入射角を調整する。入射角が決まったら，屈折角を読みとる。例：入射角40度の時（反射角も40度）　　→　（実験により）屈折角３０度三角関数表（教科書p284資料６）で正弦（sin）の値を読む。ｓｉｎ40　→　0.6428 ｓｉｎ30　→　0.5000 ｎ＝0.6428／0.5000 　＝1.2856

実験Ⅰ[空気１→寒天２]測定データを表にまとめて屈折率を求めよう実験Ⅰ[空気１→寒天２]測定データを表にまとめて屈折率を求めよう屈折率ｎ１２の平均（　　　　　　　　　）与えられた入射角に対する屈折角を測定し、三角関数表でｓｉｎの値を求めます。　それから屈折率を求めます。 ※　入射角をいろいろ変えてやってみましょう。

実験Ⅱ[空気１→台形ガラス３]空気に対する台形ガラスの屈折率ｎ13について実験Ⅱ[空気１→台形ガラス３]空気に対する台形ガラスの屈折率ｎ13について寒天を台形ガラスに変えてやってみましょう

台形ガラスの屈折角の求め方 ・LED光源をO点にあるスリットに向けてあてる。・鏡による，反射光と，スリットを抜けた屈折光が観察できる。（反射光はスリットのスペースにより光線の中心部分が陰になる。）・反射角を見ながら入射角を調整する。入射角が決まったら，屈折角を読みとる。例：入射角50度の時（反射角も50度）　　→　（実験により）屈折角３０度三角関数表（教科書p284資料６）で正弦（sin）の値を読む。ｓｉｎ50　→　0.7660 ｓｉｎ30　→　0.5000 ｎ＝0.7660／0.5000 　＝1.532

実験Ⅱ[空気１→台形ガラス３]測定データを表にまとめて屈折率を求めよう実験Ⅱ[空気１→台形ガラス３]測定データを表にまとめて屈折率を求めよう屈折率ｎ１３の平均（　　　　　　　　　）与えられた入射角に対する屈折角を測定し、三角関数表でｓｉｎの値を求めます。　それから屈折率を求めます。 ※　入射角をいろいろ変えてやってみましょう。

屈折率について 光が真空中→物質（媒質）中に進む時の屈折率絶対屈折率　または　屈折率表し方の例：n, n1, n2 光が空気中１→寒天中２に進む時の屈折率空気中１（媒質１）に対する寒天中２(媒質２）の屈折率相対屈折率表　物質(媒質)の絶対屈折率　波長5.893×10-7mの光に対する屈折率（啓林館　高等学校物理Ⅰ改訂版　p236　表１）表し方の例：n12 注：光の波長や物質の温度、圧力によって屈折率は異なる。

屈折率の意味するもの i 真空中（光速c，波長λ0）真空中（光速c，波長λ0）　物質（媒質）中（光速v，波長λ）物質（媒質）中（光速v，波長λ）ｒｃ＝ｎ・ｖとなり　n＞１より　ｃ＞ｖ真空中の光速ｃは物質（媒質）中の入ると遅くなる。

[実験ワークシート②] 屈折率と全反射 実験Ⅲ[寒天２→空気１] 寒天に対する空気の屈折率ｎ２１について① 目的：与えられた屈折角ｒに対する入射角ｉ　　　　を調べ，空気中から寒天に入る光の　　　　道筋と比較しよう。

測定データを表にまとめよう 実験Ⅰ[空気１→寒天２]での入射角，屈折角の関係と比べてみよう。

実験Ⅰ[空気１→寒天２] 実験Ⅲ[寒天２→空気１] (反転）光の進み方は逆でも，その道筋は同じ光の逆行性屈折率n21はn12の逆数ここで　寒天中（光の速さｖ２，屈折率ｎ２）　　　　　空気中（光の速さｖ１，屈折率ｎ１）　　　　　真空中の光の速さｃ

実験Ⅳ[寒天２→空気１]　　　　寒天に対する空気の屈折率ｎ２１について②実験Ⅳ[寒天２→空気１]　　　　寒天に対する空気の屈折率ｎ２１について② 目的：臨界角ｉ0を測定し，入射角が　　　臨界角を超えると全反射する　　　ことを確かめよう。　

全反射について 光の進み方　寒天中→空気屈折率　　n2＞　n１屈折角ｒ空気（屈折率n１）入射角ｉ　＜　屈折角ｒｒ＝90度臨界角ｉ0 入射角ｉ寒天（屈折率n2）ｉ　→　i0の時　ｒ＝ 90度全反射 i0：臨界角入射角がi0より大きいとすべて反射光源この現象　全反射

やってみよう 寒天を細長く切って，端から光源をあてると・・・　光が屈折をくり返して進む様子がわかります。全反射の利用の例内視鏡（啓林館　高等学校物理Ⅰp237　図5）　

本日の学習したことのまとめ ○光の屈折率・直進する光が異なる媒質の境界で進行方向の角度を変える割合　　・２つの媒質を逆に進む光の道筋は同じ　・物質(媒質）中において，光速は真空中より遅くなる（　ｃ＝ｎ・ｖ）　　・絶対屈折率（真空に対する媒質の屈折率）と相対屈折率（媒質１に対する媒質2の屈折率）がある ○全反射　　屈折率が大→小の媒質へ光が進むとき，入射角が臨界角i0より大きくなると光はすべて反射する ○光の進み方は，波の基本性質に従う　　（直進性，反射，屈折）　　前回までに学習

光の進み方について② ( 屈折と全反射 )

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