光の反射と屈折をわかりやすく｜入射角・反射角・屈折角と全反射のまとめ
この記事の要点
- 反射の法則：入射角 ＝ 反射角
- 空気 → 水・ガラス：屈折角 ＜ 入射角（境界の面に近づくように曲がる）
- 水・ガラス → 空気：屈折角 ＞ 入射角（境界の面から離れるように曲がる）
- 水・ガラス → 空気で入射角が大きいと、光がすべて反射する＝全反射
光の進み方の基本
光は、同じ物質の中ではまっすぐ進みます（光の直進）。太陽や電球のように自分で光を出すものを光源といいます。光源でない物体が見えるのは、物体の表面ではね返った光（反射光）が目に届くからです。
光の反射と反射の法則
光が鏡などにあたってはね返ることを反射といいます。
- 入射角：鏡の面に垂直な線と、入ってくる光（入射光）とがつくる角
- 反射角：鏡の面に垂直な線と、はね返った光（反射光）とがつくる角
このとき、いつも 入射角 ＝ 反射角 となります。これを反射の法則といいます。
よくあるミス：角度は鏡の面からではなく、面に垂直な線（法線）からはかります。
鏡にうつる像
鏡にうつる物体は、鏡をはさんで物体と対称な位置にあるように見えます。これを像といいます。作図では「物体と対称な点をとり、その点と目を直線で結ぶ」と光の道すじがかけます。
乱反射
表面に細かいでこぼこがある物体では、光がいろいろな方向に反射します。これを乱反射といい、乱反射のおかげで物体はどの方向からでも見えます。
光の屈折
光が空気から水やガラスへ、または水やガラスから空気へ進むとき、境界の面で折れ曲がって進むことを屈折といいます。境界の面に垂直な線と屈折した光とがつくる角が屈折角です。
| 光の進む向き | 角の大小 | 曲がり方 |
|---|---|---|
| 空気 → 水・ガラス | 入射角 ＞ 屈折角 | 境界の面に垂直な線に近づく |
| 水・ガラス → 空気 | 入射角 ＜ 屈折角 | 境界の面に垂直な線から離れる |
覚え方：**「空気側の角のほうが大きい」**と覚えると、どちら向きでも迷いません。
なお、光が境界の面に垂直に入るときは、屈折せずにまっすぐ進みます。
身近な屈折の例
- 水を入れたコップの中のストローが折れ曲がって見える
- プールや川の底が実際より浅く見える
どちらも、水中から出た光が空気中で屈折して目に届き、私たちは「光がまっすぐ来た」と感じるために起こります。
全反射
光が水やガラスから空気へ進むとき、入射角をだんだん大きくすると屈折角が 90° に近づき、ある角度をこえると光は空気中に出ず、すべて境界の面で反射します。これを全反射といいます。
全反射は、通信に使われる光ファイバーに利用されています。
凸レンズと像（さわりだけ）
凸レンズの軸に平行な光は、屈折して焦点に集まります。
- 物体が焦点より外側：スクリーンにうつる、上下左右が逆の実像
- 物体が焦点距離の2倍の位置：物体と同じ大きさの実像が、反対側の焦点距離の2倍の位置にできる
- 物体が焦点より内側：スクリーンにはうつらず、レンズをのぞくと見える、同じ向きで大きな虚像
確認問題
光が鏡などで反射するとき、入射角と反射角がいつも等しくなることを何といいますか。
反射の法則
鏡に入射角 35° で光をあてました。反射角は何度ですか。
反射の法則より、入射角＝反射角なので 35°
鏡の面と入ってくる光とがつくる角が 50° でした。反射角は何度ですか。
角度は鏡の面ではなく面に垂直な線からはかるので、入射角は 90° − 50° ＝ 40°。反射角も 40°
自分で光を出さない机や紙が、どの方向からでも見えるのはなぜですか。
表面の細かいでこぼこで光が**いろいろな方向に反射（乱反射）**し、その反射光が目に届くから。
光が空気中からガラスに斜めに入るとき、入射角と屈折角はどちらが大きいですか。
入射角のほうが大きい（屈折角 ＜ 入射角）。空気側の角が大きくなります。
光が水中から空気中へ斜めに進むとき、入射角と屈折角はどちらが大きいですか。
屈折角のほうが大きい（屈折角 ＞ 入射角）。ここでも空気側の角が大きくなります。
プールの底が実際より浅く見えるのはなぜですか。
水中から空気中に出る光が境界の面で屈折して目に届き、私たちは光がまっすぐ進んできたと感じるから。
光がガラスから空気へ進むとき、入射角を大きくすると光がすべて反射されるようになりました。この現象を何といいますか。また、これを利用したものを1つ答えなさい。
全反射。利用例は光ファイバー。
凸レンズの焦点距離の2倍の位置に物体を置きました。像はどこに、どのような大きさ・向きでできますか。
レンズの反対側の焦点距離の2倍の位置に、物体と同じ大きさで上下左右が逆向きの実像ができる。
凸レンズの焦点より内側に物体を置いたとき、レンズを通して見える像を何といいますか。
虚像（物体と同じ向きで、物体より大きく見える。スクリーンにはうつらない）