【中1理科】光の反射・光の屈折のポイント

中学1年理科の物理分野は、光・音、力と圧力、水圧・浮力の学習をします。その中でも今回は光の性質について学習します。光の反射と屈折について詳しく学習します。

光の性質

光には次のような性質があります。

この中でも中学理科で重要になってくるのは、「光の反射」と「光の屈折」です。

鏡などに光が当たった場合、光は入射角と反射角が等しくなるように鏡の面ではね返ります。これを光の反射といい、鏡に向かってくる光を入射光、鏡ではね返って進む光を反射光といいます。

入射角と反射角が常に等しくなるという法則です。

入射角＝反射角

光が鏡や水面などで反射する場合、必ず反射の法則が成り立ちます。

光が異なる物質に進むとき、異なる物質の境界線で光が曲がる現象を光の屈折といいます。光が空気中から水中へ、水中から空気中に進む例で説明します。

光が屈折する方向は、物質の密度によって決まります。密度が小さい（やわらかい）ものから密度が大きいもの（硬いもの）に進む場合と、密度が大きいものから密度が大きいものに進む場合で異なります。

空気と水の密度を比べると、密度が大きいのは水になります。上の図の屈折の方向を見てみると、密度が大きい水側に屈折することがわかります。

屈折の方向が分からないといった生徒は、次のように考えると屈折の方向が分かるようになります。その考え方とは「光の自動車」です。入射光に沿って「光の自動車」を空気と水の境界面に突入させます。

ここで、前輪のタイヤに注目しましょう。空気と水では水の方が密度が大きいですよね。触った感じ硬いですよね。水に入った方のタイヤが進みにくくなります。もう一方の前輪のタイヤはまだ空気中にあるので、こちらのタイヤだけが進んで、上の図のように方向が変わります。こう考えると、屈折の方向がわかるのです。

次は、水中から空気中に進む場合を考えます。

前輪の左側のタイヤが空気中に出ました。右側のタイヤはまだ水中にあり進みにくいですが、左側のタイヤは柔らかい空気中に出たので勢いよく進みます。その結果、自動車は右側に方向転換します。

光が水中（密度が大きい物質）から空気中（密度が小さい物質）に進むとき、入射角がある大きさ以上に大きくなると、屈折して空気中に出ていく光がなくなり、空気と水の境界線で光が全て反射されます。この現象を全反射といいます。

全反射は、光が空気中（密度が小さい物質）から水中（密度が大きい物質）に進むときは全反射は起こらないことに注意しましょう。

全反射を利用した道具で、光ファイバーは覚えておきましょう。インターネットの通信網などに利用されています。