中1理科｜光の世界②
中1理科「光の世界②」｜東京書籍 p.152～p.158
中学1年生の理科では、前回の「光の世界①」で学んだ光の直進や反射に続いて、光が物質の境界で進む向きを変える屈折について学習します。
さらに、凸レンズを通った光の進み方や、スクリーンにうつる像についても考えます。 この範囲では、言葉だけでなく光の道筋を図で考えることが重要です。
教科書：東京書籍「新編 新しい科学1」
範囲：p.152～p.158
単元：光の世界②
学習のポイント
- 光が異なる物質の境界で進む向きを変える現象を屈折という。
- 光が空気から水などへ進むとき、光の進む向きが変わる。
- 凸レンズを通った光は、進み方が変化し、光が集まる場所ができる。
- 凸レンズの中心を通る光は、基本的に直進する。
- 物体の位置によって、凸レンズによってできる像の大きさや向きが変化する。
目次
1．光の屈折
光が曲がって見える現象
水の入ったコップに鉛筆などを入れて横から見ると、鉛筆が途中で折れ曲がったように見えることがあります。
これは、鉛筆そのものが曲がったのではありません。 鉛筆から出た光が、水と空気の境界で進む向きを変えるためです。
このように、光が異なる物質の境界で進む向きを変える現象を光の屈折といいます。
光が異なる物質の境界で進む向きを変える
→ 光の屈折
身近な屈折
光の屈折は、身のまわりでも見られます。
- 水中の物体が実際より浅いところにあるように見える。
- 水に入れた棒が折れ曲がったように見える。
- 水面付近の物体の見え方が変わる。
これらには、光が空気と水など、異なる物質の境界を通ることが関係しています。
2．屈折した光の進み方
空気から水へ進む光
光が空気中から水中へ進むとき、境界面で進む向きが変わります。
このとき、光が境界面に対してどのような角度で入るかによって、屈折後の光の進む方向が決まります。
図を読み取る問題では、光がどちらの物質からどちらの物質へ進んでいるかを最初に確認しましょう。
法線を基準に考える
反射のときと同じように、屈折を考えるときにも法線が重要です。
光が境界面に入る点から、境界面に対して垂直な線を引きます。 この線を基準にして、光の進む向きを考えます。
物質によって光の進み方が変わる
光は、空気・水・ガラスなど、異なる物質の中を進むときに進み方が変化します。
そのため、光が一つの物質から別の物質へ移動すると、境界で光の進む向きが変わることがあります。
「光が曲がった」のではなく、
異なる物質の境界で光の進む向きが変化したと考えましょう。
反射と屈折の違い
| 現象 | 光の動き |
|---|---|
| 反射 | 物体の表面ではね返る |
| 屈折 | 異なる物質へ進むとき、進む向きが変わる |
3．凸レンズと光の進み方
凸レンズとは
中央部分が厚く、ふちの部分が薄いレンズを凸レンズといいます。
凸レンズには、通った光の進む向きを変え、光を集めるはたらきがあります。
凸レンズを通る光
凸レンズに入った光は、レンズを通過するときに進む方向が変化します。 特に、凸レンズを通った光が集まる場所を考えることが重要です。
凸レンズの中心付近を通る光は、進む方向が大きく変わらず、ほぼ直進すると考えます。
焦点
凸レンズに平行に入ってきた光が、凸レンズを通ったあとに集まる点を焦点といいます。
焦点はレンズの両側にあります。
凸レンズに平行に入った光
↓
凸レンズを通る
↓
焦点に集まる
焦点距離
凸レンズの中心から焦点までの距離を焦点距離といいます。
凸レンズによる像の問題では、「物体・レンズ・焦点・スクリーン」の位置関係を確認することが重要です。
4．凸レンズによる像
実像とは
凸レンズを通った光が実際に集まってできる像を実像といいます。
実像はスクリーンにうつすことができます。
これは、前回学んだ平面鏡の像との大きな違いです。
| 像 | 特徴 |
|---|---|
| 実像 | 光が実際に集まってできる。スクリーンにうつせる。 |
| 虚像 | 実際には光が集まっていない場所に見える。 |
物体の位置と像の変化
凸レンズでは、物体を置く位置によって、できる像の大きさ・向き・位置が変わります。
特に、物体が焦点より外側にある場合には、スクリーンにうつすことができる実像ができます。
物体とレンズの距離によって、像が大きくなったり小さくなったりします。 そのため、問題では物体が焦点からどれくらい離れているかを確認することが大切です。
凸レンズの作図
凸レンズによる像の作図では、代表的な光の進み方を利用します。
- レンズの軸に平行に進む光は、レンズを通った後、焦点を通る。
- レンズの中心付近を通る光は、ほぼ直進する。
この2本の光線を使うことで、像のできる位置を考えることができます。
① 主軸を確認する
② 焦点の位置を確認する
③ 平行な光と中心を通る光を考える
④ 2本の光線が交わる位置から像を判断する
重要語句
| 語句 | 意味 |
|---|---|
| 屈折 | 光が異なる物質の境界で進む向きを変える現象 |
| 境界面 | 異なる物質が接している面 |
| 法線 | 光が当たる点で、境界面に垂直な線 |
| 凸レンズ | 中央が厚く、ふちが薄いレンズ |
| 焦点 | 平行に入った光が凸レンズを通ったあとに集まる点 |
| 焦点距離 | 凸レンズの中心から焦点までの距離 |
| 実像 | 光が実際に集まってできる像 |
| 虚像 | 実際には光が集まっていない場所に見える像 |
| 主軸 | 凸レンズの中心を通る基準となる直線 |
| 光線 | 光の進む道筋を線で表したもの |
| 平行光線 | 互いに平行に進む光線 |
一問一答10問
- 光が異なる物質の境界で進む向きを変える現象を何という？
- 光の屈折を考えるとき、境界面に垂直に引く線を何という？
- 中央が厚く、ふちが薄いレンズを何という？
- 凸レンズに平行に入った光が、レンズを通ったあとに集まる点を何という？
- 凸レンズの中心から焦点までの距離を何という？
- 凸レンズを通った光が実際に集まってできる像を何という？
- 実像はスクリーンにうつすことができる？
- 凸レンズの中心付近を通る光は、どのように進むと考える？
- 凸レンズに平行に入った光は、レンズを通ったあとどこを通る？
- 凸レンズによる像の大きさや位置は、何によって変化する？
答え・短い解説
- 屈折。異なる物質の境界で光の進む向きが変化します。
- 法線。境界面に対して垂直に引きます。
- 凸レンズ。
- 焦点。平行に入った光が集まる点です。
- 焦点距離。
- 実像。
- できる。実像は光が実際に集まってできるため、スクリーンにうつせます。
- ほぼ直進する。
- 焦点を通ります。
- 物体の位置とレンズとの距離などによって変化します。特に焦点との位置関係が重要です。
よくある間違い
① 屈折と反射を混同する
反射は、光が物体の表面ではね返る現象です。
屈折は、光が異なる物質へ進むときに進む向きが変化する現象です。
② 焦点と焦点距離を混同する
焦点＝点
焦点距離＝レンズの中心から焦点までの距離
この2つは別の用語なので注意しましょう。
③ 実像は「実際に物体がある」と考える
実像は、物体そのものではありません。 光が実際に集まってできる像です。
そのためスクリーンにうつすことができます。
④ 凸レンズの中心を通る光まで大きく曲げる
中学校の学習では、凸レンズの中心付近を通る光はほぼ直進すると考えます。
⑤ 作図で焦点の位置を確認しない
凸レンズの問題では、まずレンズ・主軸・焦点の位置を確認しましょう。 そのうえで光線をかくと、像の位置を考えやすくなります。
まとめ
★ 光の屈折
光が異なる物質の境界で進む向きを変える現象です。
★ 凸レンズ
中央が厚く、ふちが薄いレンズで、光を集めるはたらきがあります。
★ 焦点
凸レンズに平行に入った光が、レンズを通ったあとに集まる点です。
★ 焦点距離
凸レンズの中心から焦点までの距離です。
★ 実像
光が実際に集まってできる像で、スクリーンにうつすことができます。
★ 作図
「平行な光→焦点」「中心付近を通る光→ほぼ直進」を利用して、像のできる位置を考えます。
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※本記事は東京書籍「新編 新しい科学1」の学習範囲を参考に、中学校1年生の定期テスト対策向けに整理したものです。教科書の改訂や学校ごとの進度により、扱う内容・ページが異なる場合があります。
