3-5光の性質 | 受験の物理屋さん

今回は光の性質について勉強します。

忘れやすい内容ですがしっかりと覚えましょう！

用語集

用語	説明	用語	説明
光速	光の速さ。その値は$c=2.99792458\times 10^8$m/s	光の反射	光が屈折率の違う媒質に入射するとき一部が跳ね返る事
全反射	光が屈折率の違う媒質に入らず、すべて反射してしまうこと	分散	光が波長ごとに分裂すること
スペクトル	光の帯のようなもの	可視光線	人間の目に見える光のこと
散乱	光が粒子にぶつかって曲がること	偏光	振動が一方向だけの光

少し量が多いのですがしっかりと覚えましょう！

光の速さはご存知でしょうか？

光速はよく $c$ で表されて、真空中のその値は

$$c=2.99792458\times 10^8 \mathrm{m/s}$$

です。

光は異なる媒質の境界面に達すると反射や屈折が起こります。

反射は入射角 $\theta$ と反射角 $\theta’$ が等しくなり、

$$\theta = \theta’$$

が成り立ちます。

また、屈折の法則が成り立つとき、次の関係式が成り立ちます

$$\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{v_1}{v_2}=\frac{\lambda_1}{\lambda_2}=\frac{n_2}{n_1}$$

ここで出てくる $\theta_2$ は屈折角と呼ばれています。

なお、屈折の前後で光の振動数は変わりません。

$\frac{n_2}{n_1}=n_{21}$相対屈折率と呼び、媒質1が真空の場合は、単に屈折率と呼ばれます。

この屈折率は一般的には1より大きく、物質によってだいたい決まっています。

屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ光が入射するとき、屈折率が90°になってしまい、入射した光がすべて反射されます。この現象のことを、全反射と呼びます。

なお、その時の入射角を臨界角といいます。

スリットを通した白色光をプリズム（ガラスのようなもの）に入射すると、虹色の帯が出来上がります。この現象を光の分散といい、この色の帯をスペクトルといいます。

光の分散は媒質中の光の屈折率が波長によって異なるため起こります。

人の目で観測できる光を可視光線といい、その波長の範囲はおおよそ380nm~780nmです。（nは「ナノ」と読み、10のマイナス9乗の意味です）

波長が約750nmの光は赤色になり、それよりも波長が大きな波を赤外線と呼びます。

一方、波長が約400nmの光は紫色になり、それよりも波長が小さな波を紫外線と呼びます。

光はその波長と同じ程度か、それ以下の粒子にぶつかると、その粒子を中心として、あらゆる方向に向かって進みます。これを光の散乱と呼びます。

太陽の光は地球の大気の多くを占めている酸素や窒素に衝突します。そのとき、青色の光の波長が酸素や窒素によって散乱されるため、空は青く見えるのです。

光を2枚の偏光板を通して、一方を回転させながら見ると明るくなったり、暗くなったりします。

いまでてきた偏光版とは縦に細い隙間を持つ板のことです。

このことから光が横波であることが分かります。

今回は光の性質や反射などの現象について学びました。

式はあまり出てきませんでしたので、負担は少なめだったかと思います

用語をしっかりと暗記してマスターしましょう！