2008/9/25 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 1.

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1 2008/9/25 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 1

2 ○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

3 （確認）屈折の法則 屈折率ｎ１２について 入射光 反射光 ｎ１２：媒質１に対する媒質２の屈折率 媒質Ⅰ 媒質Ⅱ 屈折光 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 速さ ｖ２ 波長 λ２

4 [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
[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

5 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

6 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

7 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 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。

8 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

9 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

10 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 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。

11 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
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。

12 屈折率の意味するもの i 真空中（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。

13 [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
[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。

14 測定データを表にまとめよう 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。
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。

15 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
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

16 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。 　

17 全反射について 全反射 光の進み方 寒天中→空気 屈折率 n2 ＞ n１ 入射角ｉ ＜ 屈折角ｒ ｉ → i0 の時 ｒ＝ 90度 全反射
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ｒ ｒ＝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

18 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
　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）　

19 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 ○全反射
　 ・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