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 入射光 速さ ｖ１ 波長 λ１ 入 射 角 ｉ 反 射 角 ｊ 反射光 速さ ｖ１ 媒質Ⅰ ｎ１２：媒質１に対する媒質２の屈折率 波長 λ１ 媒質Ⅱ 屈 折 角 ｒ 屈折光 速さ ｖ２ 波長 λ２ [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 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 入射角 i（度） sin i 屈折角 r（度） sin r 屈折率n１２＝sin i／sin r ３０度 ４０ ４５ ５０ ６０ 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 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 入射角 i（度） sin i 屈折角 r（度） sin r 屈折率n１３＝sin i／sin r ３０度 ４０ ４５ ５０ ６０ 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 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） 相対屈折率 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 真空中 i 真空中（光速c，波長λ0） 物質（媒質）中（光速v，波長λ） （光速c，波長λ0） 物質（媒質）中 （光速v，波長λ） ｒ ｃ ＝ 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 入射角 i（度） sin i 屈折角 r（度） sin r ３０度 ４０ ４５ ５０ ６０ 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 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 屈 折 角 ｒ 空気 （屈折率n１） ｒ＝90度 全反射 臨 界 角 ｉ0 入 射 角 ｉ 寒天 （屈折率n2） n2 ＞ n１ 入射角ｉ ＜ 屈折角ｒ ｉ → i0 の時 ｒ＝ 90度 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Ⅰ p237 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
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