《Menon KIP》光の屈折12問

menonkip 光の屈折 中1理科

🎫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。

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。
垂直に注ぐ場合

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?

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

  1. 空気中
  2. 光の屈折
  3. 0度

👩🏻‍🏫解説:

3 と 4 だけ解説します。

3の答え: イ

垂直に入射したときは、全く屈折しません。車が真っ直ぐ沼地に進んでも、スピードが遅くなっても、進路が変わらないのと同じ。

垂直に入射した光は屈折しない
光が垂直に降り注いだとき
垂直に差し込めば、真っ直ぐ進む。オレンジは反射光。光の屈折を復習しよう

4 の答え: 0°

入射角とは、光と法線の間でしたね。


垂直に降り注げば、光と法線と間がありません。だから角度は 0° です。

入射角が0°のとき

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。

光の屈折の道すじ
  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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

👩🏻‍🏫解説:

1. の答え: イ

👇は実際の光。

光がガラスを通る道すじ

光の屈折の回にて、車と沼地のイメージを思い出しましょう。暗記しなくても分かります👍

2. の答え: イ

半円ガラスの進み方

👇は実際の光の道すじです。

半円ガラスを通る光

光が半円の中心に差し込んだ場合は、出口の円のところでは屈折しません。ガラス面に垂直に差し込んでいるからです。

半円で屈折しない理由

3. の答え: オ

2と同じく、円の部分では屈折しません。

4. の答え: ア

台形ガラスへの光の道すじ

少し難しかったかもしれませんが、これも全て、車をイメージして考えれば解けたはず。

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。

光の屈折の道すじ
  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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

👩🏻‍🏫解説:

全て、「光の屈折進路を、車をイメージしてできているか?」を問う問題です。

1の答え: ウ

いつも通り、車をイメージして考えてね。

光の進路

2の答え: エ

三角形で複雑ですが、車をイメージ。

プリズムを通る光

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。

ガラス板と屈折
  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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

  1. b と d
  2. 屈折角
  3. 入射角
  4. d
  5. c

👩🏻‍🏫解説:

1の答え: b と d

入射角と屈折角と反射角

入射角、反射角、屈折角は全て法線(図の点線)との間です。

2の答え: 屈折角

ガラスから空気、ということは👇の部分。

入射角と屈折角の関係

図を見て確認しましょう。

3の答え: 入射角

空気中からガラス中へ進むときは👇の部分。

4の答え: d

平行な屈折光

👆の図でいえば、赤い2つの線が平行であることが重要です。見た目でも正解しますが、平行であることを知っていれば、正解しやすかったかも。

a と同じ角度であるのは、d の角度です。

5の答え: c

同じ光線に対する法線との間の角なので、見た目でも分かりやすかったかもしれません。

同じ角度

問5.

以下の図を見て、問題に答えてください。

水とガラスを通る光
  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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

  1. 光の逆進性
  2. 平行

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。

入射角や屈折角や全反射
  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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

  1. アウ
  2. a
  3. 全反射

👩🏻‍🏫解説:

1 の答え:

光が屈折する場合、必ず同時に反射しています。反射角は、もちろん「入射角 = 反射角(反射の法則)」です。

2 の答え: a

屈折角は、光と法線の間の角度です。

3 の答え: イ

光にとって、進みにくいものから進みやすいもの(例: 水→空気、ガラス→空気、ガラス→水、など)へ進むときは、入射角が一定以上に大きいと屈折しなくなります

全反射

これを全反射といいます。光が分かれないので、全反射の反射光は強いです。

4の答え: 全反射

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。

ガラスからの光
  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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

  1. Dから出た光は、境界面で全て反射する
  2. 全反射
  3. Dから出た光
  4. 光ファイバー、ダイヤモンド
  5. 水やガラス中から空気中に進むとき

👩🏻‍🏫解説:

1の答え: Dから出た光は、境界面で全て反射する

Cからの角度では、屈折角が90°になってしまい、屈折光が水面をはうようになってしまいました。したがって、これ以上に入射角を広げると、もはや屈折することはできません。


Dから出た光は境界面で全て反射するしかありません。これは全反射です。

全反射

2の答え: 全反射

3の答え: Dから出た光

光が全反射をしていない場合は、「屈折光」「反射光」に分かれてしまうので、全反射の反射光に比べると弱くなります。

4の答え: 光ファイバー、ダイヤモンド

光ファイバーは、ケーブル内で光を全反射させながら運ぶことで、遠くまで強い光を届ける技術です。ダイヤモンドは、全反射しやすい性質を活かすカットをすることで、強い光を目に届かせ、ピカピカ永遠の輝きを実現しています。

5の答え: 水やガラス中から空気中に光が進むとき

全反射は、必ず「光が進みにくいもの」→「光が進みやすいもの」へ進むときに起こります。空気中→水中 などへ進むときは起こりません。

全反射しない

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。

屈折により曲がる棒

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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

1.

光の屈折解答

2.

3. ①

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。

浮かび上がって見えるコイン
  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?

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

1.

この画像には alt 属性が指定されておらず、ファイル名は スクリーンショット-2020-05-27-14.50.09-1.png です

2. ・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. 虚像

👩🏻‍🏫解説:

1の解説

目は光が直進してきたことしか認識しないからこそ、本来A点にあるコインがB点に見えているのです。


だからまず、B点から目を直線で結んでみましょう(水の中の線は、あくまでも脳の想像上の道すじなので点線がいいでしょう)。

浮かび上がって見えるコイン

あとは、A点から水面に出ていく光を結ぶだけ。屈折しながら、目に届く光を描くことができます。

この画像には alt 属性が指定されておらず、ファイル名は スクリーンショット-2020-05-27-14.50.09-1.png です

見えるコインも描いてあげるといいでしょう。

2の答え・川が浅く見える  ・水に入ったストローが曲がって見える

以下をよく読みましょう。

鏡に映るのは反射、ダイヤモンドの輝きは全反射による現象です。

3の答え: 虚像

目(脳)が勝手に光を延長して考えた像は、全て虚像です。

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。

水中の魚と屈折
  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

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

  1. 入射角より屈折角が大きい
  2. B
  3. D
  4. 全反射

👩🏻‍🏫解説:

1の答え: 入射角より屈折角が大きい

復習しましょう。

入射角と屈折角の関係
光の屈折の復習

2の答え: B

Cの位置に見えているので、まずCの魚から人の目へ一本直線を引いてみましょう。

光の屈折作図

あとは、屈折する前の光をA, B, D それぞれ描いてみれば分かるはずです。

光の屈折と水中の魚

Aからの光では、入射角が0°になってしまうので人の目には届きません。


Dからの光では、入射角の方が屈折角より大きくなってしまうので、ありえません。


したがって、正解はBです。

3の答え: D

Dから人の目へ進む光は、A~Dにいる魚の中で、最も入射角が大きくなってしまいます。

入射角が一定以上大きくなると、もはや屈折できず、光が空気中へ出ていくことがありません。Dからの光も全反射してしまうため、人の目に届くことはありません。


よって、Dの魚の存在は、図の位置に立っている限り気づくことはありません。

全反射により見えない魚

4の答え: 全反射

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。

止まれの標識

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。

光の屈折とガラス
  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。
屈折と標識

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

👩🏻‍🏫解説:

①〜④の標識から目に入る光の道すじをそれぞれ描いた図です。

解答の図

1の答え: イ

A点から見ると、目が延長させた線は、本当に標識がある場所より左側にずれています。よって、ガラスの向こう側で左側にずれているイが正解。

2の答え: ウ

標識は、円の中心に立っています。中心から円ガラスに向かう光は、ガラスに対して垂直にぶつかるため、屈折せずに直進します。

円ガラスと光の直進

屈折しないなら、棒の位置がズレて見えることもありません。正解はウ。

3の答え: エ

③の図では、A点の向きに到着するような、標識からの光が存在しません。したがって、ガラス越しになっている棒の部分は、観測者には見えません。

4の答え: ア

④の図では、ガラス越しに見える棒部分は、本来の標識の位置よりも右側にズレて見えるはずです。したがって正解はア。

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。

光の屈折総合問題

②と③のダイヤモンドは見えませんでしたが、ちょうど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。

屈折により浮かび上がって見える

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。

📝解答&解説はここをタップ

💮解答:

👩🏻‍🏫解説:

②のダイヤモンドは、オの位置まで水を入れたときに見えました。


屈折する度合いは同じはずなので、そのときの道すじと平行な線を、③のダイヤモンドから出発させます。

屈折問題を解くための平行な線

Aからの直線と交わった場所こそ、③のダイヤが見え始める水位です。

光の屈折により、見え始める水位

答えはイ。


光の屈折をしっかり理解し、作図をして考えられるようになってください。

コメント

タイトルとURLをコピーしました