光
なぜ鏡に像が映る？なぜ水中の物体がずれて見える？
光の直進・反射・屈折・凸レンズを図解で学ぼう。
光の直進と反射
晴れた日に木の下にはっきりとした影ができるのは、光がまっすぐにしか進まない（直進する）性質を持っているから。そして光が鏡に当たると、決まったルールに従って跳ね返る（反射する）。
光は均一な物質の中を直進する。鏡などに当たると反射し、入射角と反射角は等しい（反射の法則）。
図1：反射の法則。法線（反射面に垂直な線）を基準に入射角と反射角が等しくなる。
❌ よくある誤解
鏡の面すれすれに測ってしまうミスが多い。必ず「法線」という補助線を引いてから角度を測るようにする。
高校物理では、反射の法則を波の性質(波面)から説明し、鏡以外の面（曲面鏡など）での反射も扱うようになる。凹面鏡・凸面鏡でできる像の位置や大きさを、作図や公式で求められるようになる。高校物理の範囲
光の屈折
コップに入れたストローが、水面の境目で折れ曲がって見えることがある。これは光が空気から水に進むときに、進む方向が変わる「屈折」という現象のせいである。
光が異なる物質の境界面を通るとき、進む方向が変わる——これを屈折という。空気→ガラスでは光は法線に近づく方向に折れ曲がる。
図2：光が空気からガラスに入ると、法線に近づく方向に曲がる（逆は離れる方向）。
光が水・ガラスから空気に出るとき、入射角が一定以上になると全反射が起き、光が境界面を越えられなくなる。光ファイバーはこの全反射を利用している。
高校物理では、屈折の度合いを「屈折率」という数値(sin(入射角)/sin(屈折角)で定義)で定量的に扱い、全反射が起こる条件(臨界角)を計算できるようになる。光ファイバー通信やプリズムでの分光もこの延長で理解できる。高校物理の範囲
凸レンズと像
虫めがねを太陽にかざすと、光が一点に集まって紙を焦がすことができる。これは凸レンズが光を集める性質を持っているから。物体の置き場所によって、レンズの向こうにできる像の見え方も変わってくる。
凸レンズは光を集める。焦点より遠い物体からの光は焦点の反対側に実像を作り、焦点より近いと虚像になる。
図3：物体が焦点より遠い場合、レンズの反対側に倒立の実像ができる。
📋 物体の位置と像のまとめ
| 物体の位置 | 像の種類 | 像の向き | 像の大きさ |
|---|---|---|---|
| 焦点距離の 2倍より遠い | 実像 | 倒立 | 物体より小さい |
| 焦点距離の 2倍の位置 | 実像 | 倒立 | 物体と同じ |
| 焦点距離〜2倍の間 | 実像 | 倒立 | 物体より大きい |
| 焦点上 | 像なし | — | —（光は平行に出る） |
| 焦点より近い | 虚像 | 正立 | 物体より大きい |
❌ よくある誤解
虫めがねで物体を拡大して見るとき（焦点より近い距離）にできるのは虚像であり、これを紙に映すことはできない。実像と虚像は「スクリーンに映せるかどうか」で区別すると分かりやすい。
高校物理では、物体の位置・像の位置・焦点距離の関係を「写像公式」という式で計算できるようになる。作図だけでなく数値計算で像の位置や倍率を正確に求められるようになり、カメラや顕微鏡・望遠鏡の光学系の理解にもつながる。高校物理の範囲
✅ この単元のまとめ
- 光の直進：均一な媒質の中では直進する（影ができる理由）
- 反射の法則：入射角 ＝ 反射角（法線を基準に）
- 屈折：異なる媒質に入ると方向が変わる（遅い媒質→法線に近づく）
- 全反射：水・ガラスから空気に出るとき、入射角が大きすぎると反射のみになる
- 凸レンズ：焦点より遠い物体→実像（倒立）、焦点より近い物体→虚像（正立・拡大）
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