《Menon KIP》光の屈折12問

🎫Menon KIP (メノンキップ)とは、Menon Networkで学んだ知識を確認するための試験です。


KIPは、Knowledge Is Power(知識は力なり) の略。この試験の問題に答える力をつけることが、今後の道を切り拓く切符の役割を果たします。

🎫KIP 光の屈折

このKIPでは、光の屈折を理解し、身の回りの不思議な現象を、光の屈折を使って説明できるようになることが目的です。


範囲は以下の3つのページから。

【光の屈折】光も泳ぐと遅くなる！光が曲がる理由

宇宙一のスピードを誇るものが「光」であることはご存知のとおり。光の速さは秒速30万kmであり、たった1秒に地球を7周半してしまうほどのスピードです(地球は1周約4万km)。❌もちろん...

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2019.03.25

光の屈折による不思議現象の解明と、水中の物理学者テッポウウオの謎

水に入ったストローは真っ直ぐのはずなのに、少しカクっと曲がって見えませんか？この写真だと、向こう側に折れ曲がって見えています。「勉強する」ということは、科学的に考え方を楽しく身につけるためです。そして、科学的な考え方を鍛え...

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2019.03.27

【全反射】ダイヤモンドに永遠の輝きを与え、光ファイバーで世界を一つにする魔法

1948年から、世界中の人々を今も魅了している、大成功を収めたキャッチコピーがあります。それは…、『ダイヤモンドは永遠の輝き (A Diamond Is Forever)』。世界中の多くの人々が、一度は聞いたことがある言葉です。...

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2019.03.30

難しい問題があっても、上の3つのページで学んだ知識があれば、必ず解けます。


すぐに諦めず、今まで得た知識を思い出して、科学者のように粘り強く考えること。

基礎知識

問1.

以下の問に答えてください。

1. 光が進む速さは、空気中と水中では、どちらが速いですか。
2. 水から空気、空気からガラスなど、種類の違う物質へ光が進むとき、その境界線で進路が折れ曲がることがあります。この現象をなんと言いますか。
3. 以下の図において、光が進む道すじを ア ~ ウ から選びなさい。

4. 👆の図において、光が水中へ入射するときの、入射角は何度ですか？

屈折の道すじ

問2.

以下の図は、光が空気中や水中など、異なる物質を進む様子を描いています。反射光は描いていません。

なお、図の②③の光は、半円ガラスの中心を通るものとします。

1. 図の①における光の進路を、ア~エ から選びなさい。
2. 図の②における光の進路を、ア~カ から選びなさい。
3. 図の③における光の進路を、ア~カ から選びなさい。
4. 図の④における光の進路を、ア~エ から選びなさい。

問3.

以下の図は、光が空気中や水中など、異なる物質を進む様子を描いています。反射光は描いていません。


なお、①の光は、半円ガラスの中心を通るものとします。以下の問に答えてください。

1. ①図で、光が進む道すじをア〜ウから選んでください。
2. ②図で、光が進む道すじをア〜エから選んでください。

問4.

これは、光が空気中から分厚いガラスへ侵入し、また空気中へ脱出する様子を描いた図です。

1. 上の図での a ~ d のうち、屈折角にあたるものを全て選びなさい。
2. 光が、ガラスから空気中へ進むとき、入射角と屈折角はどちらが大きいですか。
3. 光が、空気中からガラスへ進むとき、入射角と屈折角はどちらが大きいですか。
4. 上の図での角 b, c, d のうち、a と同じ角度であるものを全て選びなさい。
5. 上の図での a, c, d のうち、b と同じ角度であるものを全て選びなさい。

問5.

以下の図を見て、問題に答えてください。

1. 上の2つの図のように、光はA点からB点へ進むときも、反対にB点からA点に進むときも、常に同じ道すじを通る。この性質を何といいますか。
2. ②図において、赤線で示した2本の線は、お互いどのような関係がありますか。

問6.

以下の図は、光がガラスから空気中へ進む様子を表しています。図を見て問題に答えなさい。

1. Aから出発した光は、空気中へ進んでいく際、光が2つに分かれました。分かれた2つの光を、ア〜ウから2つ選んでください。
2. Aから出発した光が空気中へ進むときの、屈折角を a 〜 d から選んでください。
3. Bから出発した光は、Aから出発した光とは違って、2つに分かれることがありませんでした。進んだ1つの道すじを ア〜ウ から選んでください。
4. Bから出発した光が起こすような現象を、何と言いますか。

問7.

以下の図は、ガラス内の点A~Dから空気中へ進む光の道すじで、AからDになるにつれて徐々に入射角が大きくなっています。図を見て以下の問に答えてください。なお、Dからの光は途中までしか描かれていません。

1. Cから出た光は、屈折角が90°になってしまい、屈折光がガラス面をはうように進んでいます。では、Dから出た光は、この後どのようにな道すじを進むか簡単に説明してください。「Dから出た光は、境界面で」という言葉から始めてください。
2. 1のような現象を、なんと言いますか。
3. 「Bから出た光」と「Dから出た光」のそれぞれの反射光は、どちらが強いですか。
4. 2で答えた現象が関係している事例を、以下から全て選びなさい。
   ・コーナーキューブ　　・光ファイバー　　・ダイヤモンド　　・逆さ富士
5. 全反射が起こるのは、「水やガラス中から空気中」に光が進むときか、「空気中から水やガラス中に進むとき」のどちらですか。

作図

問8.

水の入ったコップに、棒がさしてあります。A点からスーを見ると、本来はB点にあるはずの棒の先が、C点に見えました。

以下の問に答えてください。

1. 棒の底B点からの光が目に入るまでの道すじを完成させてください。
2. A点から見ると、水中の棒全体はどのように見えますか？図に描いてください。
3. 一部が水に入った棒は、上から見るとどのように見えますか？以下の図の①~④から正解を選んでください。

問9.

水の入ったコップにコインが沈んでいます。このコインはA点に沈んでいるものの、観測している目からは、B点に浮かび上がっているように見えました。

1. A点のコインからの光が目に入り、B点に浮かび上がって見える様子を表した光の道すじを描き入れてください。
2. 浮かび上がって見えるコインは、光の屈折が原因です。同じように、光の屈折が原因で起こる現象を、以下から2つ選んでください。
   ・鏡に自分が映る　・ダイヤモンドが輝く　・川が浅く見える　・水に入ったストローが曲がって見える
3. 浮かび上がって見えるコインは、実像ですか？虚像ですか？

総合問題

問10.

水中の魚を見ている人がいます。図をよく見て、問に答えてください。

1. 水中の魚から、陸上の人の目に光が進む場合において、正しい記述は以下3つのうちどちらですか。
   ・入射角より屈折角が大きい　　・入射角より屈折角が小さい　　・入射角と屈折角は同じ
2. 陸にいる人からは、Cの位置に魚が見えているとします。その場合、本当はどの位置に魚はいるのでしょうか？A, B, D から選んでください。
3. AからDの位置にそれぞれ魚がいるとします。このうち一匹だけは、上図の人からは見えません。見えないのは、A〜Dのうちどの魚でしょうか？
4. AからDの位置にいる魚のうち、上図の人に見えない魚がいるのは、光のどんな現象のせいでしょうか？以下から1つ選んでください。
   ・全反射　　・光の屈折　　・光の逆進性

問11.

A点に立っている人の前に、様々な形の分厚いガラスが立っています。ガラスの向こうには、以下のような「止まれ」の標識があります。

以下の①〜④の図は、A点に立つ人と、標識の間に様々な形のガラスを隔てた様子を上から見た図で表しています。矢印は、視線の向きを示しています。

1. ①図において、A点からガラス越しに見える標識を表した図を、下のア〜エより選びなさい。
2. ②図において、A点からガラス越しに見える標識を表した図を、下のア〜エより選びなさい。
3. ③図において、A点からガラス越しに見える標識を表した図を、下のア〜エより選びなさい。
4. ④図において、A点からガラス越しに見える標識を表した図を、下のア〜エより選びなさい。

問12.

水が入っていないプールの底の①, ②, ③点にそれぞれに貴重なダイヤモンドが落ちています。ダイヤモンドを見ようと見物に来て、Aの位置からプールの底を覗きこみました。しかし事情があり、これ以上プールに近づくことはできません。


その位置からは、①のダイヤモンドだけがかろうじて見えました。

②と③のダイヤモンドは見えませんでしたが、ちょうどオの位置まで水を入れたところで、②のダイヤモンドも見えました。

それでは、③のダイヤモンドがAの位置から見えるのは、図中におけるア〜エのどの水位になるまで水を入れたときでしょうか。なお、これらのダイヤモンドは非常に重く、水を入れても動かないものとします。