水槽を使った光の屈折2（全反射）／１年理科『物理』／takaの授業記録2002

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光の屈折２ (全反射)

水槽を使った演示実験

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丸い水槽を用意します。
それに半分だけ水を入れます。

真下から光を当てるとどうなるでしょう？

光は直進しています。
入射角は０度なので、屈折角も０度です。

次に、光を斜から当てます。
すると、光は空気中に出る時に曲ります。
『屈折』しているのが分かりますか。

分かりにくい人がいるので、もう少し角度を付けましょう。

これなら分かりますね。
ところで、入射角は３０度ですか６０度ですか？
そうですね、３０度です。
それから、屈折角は何度ですか？
そうです、５０度です。

また、空気中に出ないで水中で反射している光もあります。
これは、入射角と反射角が同じ３０度なので、
反射の法則が成り立っています。

さて、もっと角度をつけますよ。

よく屈折しているの分かりますね。
入射角は約４０度、屈折角は６０度。
水中での反射角は、入射角と同じなので４０度。

さて、もっと角度をつけるとどうなるでしょう。

限界に近づいてきました。
光が水面ぎりぎりになっています。
光が空気中に出れなくなってしまいそうです。

この辺りが限界のようです。
これ以上角度をつけると、光は空気中に出れなくなります。
よく見ていて下さい。

ほら、全ての光が水面で反射しています。
屈折光は無くなってしまいました。
入射角が４５度になると、鏡のように全て反射します。
この状態を『全反射』と言います。

ちなみに、もう少し角度をつけてみましょう。

全ての光が水面で反射しています。

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それから、全反射は光が『水中から空気中に向かう』時起こるもので、
その逆『空気中から水中に入る』時は起こりません。

ちょっと実験してみましょう。
空気中から、水面ギリギリを狙ってみます。

ほら、こんなにギリギリでも
ほどんどの光が屈折して水中に入ってしまいました。
空気中からの光は、入射角より屈折角が小さくなるので
必ず水中に屈折するのです。

もちろん反射している光もありますが、、、

では、実験の続きをやりなさい。

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