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中1理科

全反射とは ~全反射のしくみ・具体例~

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この記事は、 「全反射のしくみや具体例がわからない」という人に向けて解説 します。
全反射は少し特殊な現象ですが、仕組みを理解すれば難しくはありません。
問題を解きながら、わかりやすく解説していきます。

1. ポイント

光が、水やガラスの中から空気へと進むようすをイメージしてください。
光の入射角がある角度になると、すべての光が反射する現象を全反射 といいます。

全反射 水 空気 屈折角

全反射は、鏡でもみられますし、光ファイバーにも利用されている現象 です。

全反射のしくみをきちんと理解するためには、光の3つの性質から復習する必要があります。
順を追って学習していきましょう。

2. 光の屈折

光には3つの性質があります。
直進・反射・屈折 です。

屈折とは、 光が異なる物質どうしの境界へ進むときに、境界の面で光が折れ曲がる現象 です。

屈折 水 空気 屈折角

図では、光は左上から右下へと進んでいきます。
このとき、屈折する前にできる角度を 入射角 、屈折したあとの角度を 屈折角 といいます。

光の屈折のしかたは、大きく2つに分けられます。

屈折 水 空気 屈折角 2種類

左の例では、光が空気中から水中へ進んでいます。
この場合、 屈折角が入射角よりも小さくなる ことが特徴です。

左の例では、光が水中から空気中へ進んでいます。
この場合、 屈折角が入射角よりも大きくなる ことが特徴です。

ココが大事!

屈折とは、光が異なる物質どうしの境目で折れ曲がる現象

映像授業による解説

動画はこちら

3. 全反射のしくみ

さて、光の屈折について思い出したところで、全反射について考えていきます。
水の中から空気へ進むようすをイメージしてみましょう。

屈折 水 空気 2つ

光の入射角が小さいときは、ほとんどすべての光が屈折し、空気へ進みます。
しかし、しだいに入射角を大きくしていくと、 屈折角は90°に近づいていきます。
最終的に、 入射角がある大きさになると、すべての光が水面で反射するようになる のです。

この現象が、 全反射 です。
全反射が起こるには、決まった条件があるのですね。

全反射 水 空気 屈折角

ココが大事!

全反射とは、異なる物質どうしの境目で、すべての光が反射すること!

動画はこちら

4. 全反射の利用例

全反射は私たちの身近にもみられる現象です。
もっとも有名な利用例は、 光ファイバー です。

光ファイバーとは、透明度の高いガラスやプラスチックでできた繊維のことです。
これをケーブル状にしたものは、 インターネット回線などに利用 されています。

光ファイバーの中では、光が全反射を繰り返しながら、非常に速く伝わっていきます。
光は、非常に速く伝わるため、瞬時に情報を伝達することができるのですね。
このような光ファイバーの発明によって、大量の情報を高速で遠くまで送ることができるようになり、インターネットが発達してきたわけです。

ココが大事!

全反射の応用例は、光ファイバー

5. 【問題と解説】 全反射の利用例

みなさんは、全反射のしくみや利用例について理解することができましたか?
最後に簡単な問題を解いて、知識を確認しましょう。

問題

次のうち、全反射を利用しているものはどれ?

A 顕微鏡
B 映写機
C ルーペ
D 光ファイバー

解説

A~Cは、いずれも 凸レンズ をつかった器具です。
凸レンズは、光の 屈折 を利用して、像を作るはたらきをします。

これに対して、Dの光ファイバーは、 全反射 を利用しています。
光ファイバーは、透明度の高いガラスやプラスチックの繊維でできています。
この繊維の中を光が伝わることにより、インターネット回線などに利用されています。

(答え)
D 光ファイバー

6. Try ITの映像授業と解説記事

「光の入射角と屈折角」について詳しく知りたい方はこちら

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