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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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○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
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(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
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[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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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[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。
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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。
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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
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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。
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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
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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)
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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
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