物理・光学/原理と探求
光の屈折と全反射の解説
水中の物体が折れて見える現象は、光が媒体の境界から進行方向を変えるために生じる。 2つの媒体の屈折率と法線基準入射角を変えて屈折角を比較してみてください。全反射が可能な進行方向を先に判断し、臨界角の前後を観察することが重要です。
どのような原理？
屈折率が大きい方に行くとき、法線側に折れます。大きな屈折率から小さな屈折率に出る時に臨界角を超えると全反射です。
重要な関係
n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂
観察してみよう
- 光源をドラッグしたり、スライダーを変えて法線基準角度を再現します。実験実行で光線を観察します。
- 空気→ガラスから入射角0°、30°、60°を記録します。
- 水→空気の臨界角の前後と同じ屈折率条件を記録します。
結果を読み解く
全反射が可能な条件は？
sinθc=n₂/n₁であり、n₁>n₂のときだけ臨界角があります。
モデルの仮定と限界
平らな境界面の単色幾何光学模型です。分散・吸収・偏光・フレネル反射率・消滅波は省略します。分度器は法線基準で、光線は方向のみを示します。臨界角では屈折角90°、それより大きい角度で全反射で処理します。