屈折する光の進み方を境界条件から考える
七つの架空の実験や図の読み取りで、光が進む物質の順、法線、入射角と屈折角を調べる14問と、説明を書く六つの課題です。
学年・内容の目安 中学校第1学年「理科」の光の屈折を読む補助教材。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
中学校理科第1分野(1)ア(ア)㋐「光の反射・屈折」のうち、境界面を通りぬける光の道筋に関わる補助教材です。
解説を読む
光が空気と水などの境を通りぬけるとき、境で向きを変えることがあります。どちらからどちらへ進むかを確かめ、境の面に直角な法線を基準に、境の前後の角度を比べます。
必要な予備知識
直角と角度の差、入射角を法線から測ることを使います。境を通りぬけた光の道筋を読みます。
- 光が境に当たる点と、その点での法線を確かめる。
- 境に入る前の物質と、通りぬけた先の物質を順に読む。
- 法線からの角度が小さくなれば、法線に近づく向きへ折れたと読む。大きくなれば法線から離れる向きへ折れたと読む。
- 斜めに入るときと法線に沿って入るときを分けて考える。
解き方の例
入射角が30°で、境を通った後の角度が20°なら、光は法線に近づく向きへ折れています。ここで比べる二つの角度は、どちらも法線から測ったものです。
よくある間違い
- 境の面から測った角度と法線から測った角度をそのまま比べる。
- 行きと帰りで、光が進む物質の順を同じにする。
- 一つの測定例の角度差を別の条件にそのまま使う。
観察と考え方を講師と確かめる
選択では境の前後と角度の基準を確かめます。記述では、どちらの物質へ進むか、法線からの角度がどう変わるか、記録から説明できる範囲を講師と確認します。
境を通った光の道筋を定性的に読みます。屈折率の計算や、通りぬける光がない場合の全反射は別の学習で扱います。
読む文章・資料
空気から水へ斜めに進む
空気から水へ斜めに光を当てます。水の面に直角な法線から、空気側では42°、水に入った光は30°と記録しました。
水から空気へ戻る光
光を水の中から空気へ向けます。光は境を通りぬけ、法線から測った角度は水の中で25°、空気に出た後で34°でした。
法線に沿って入る光
空気から平らなガラス面へ、面に直角に光を当てます。入った光はガラス内でも、境を通る前と同じ直線上を進みました。
水面との角度を読んだ記録
水から空気へ出る光を調べました。水中で水面との小さい角が60°でした。空気に出た光の角度は法線から42°と記録しました。
透明な物質AとB
透明なAからBへ光を通しました。物質の名前は伏せてあります。入射角25°、Bでの屈折角37°と記録しました。
二つの面が平行なガラス板
空気中から平らなガラス板に斜めに光を通します。入る面と出る面は平行で、板の両側は同じ空気です。板内では法線に近づき、空気へ出ると法線から離れました。出た光は入る前と同じ向きですが、二本の道筋は横にずれています。
入射角を変えた二回の記録
空気から同じアクリル板へ光を通しました。一回目は入射角20°、屈折角13°です。二回目は入射角40°、屈折角26°です。二回とも法線から角度を読みました。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：空気から水へ斜めに進む
水に入るとき、法線との角度はどう変わりましたか。
- 12°大きくなった。
- 12°小さくなった。
- 30°小さくなった。
答えと解説
12°小さくなった。
法線からの42°と30°を比べると差は12°です。
資料：空気から水へ斜めに進む
水の中の光の向きについて、記録に合うのはどれですか。
- 水へ進む道筋ではなく、空気側に戻る光の向きが示される。
- 水の面に沿って進んだ。
- 空気側より法線に近い向きへ進んだ。
答えと解説
空気側より法線に近い向きへ進んだ。
水の中では法線からの角度が小さくなっています。
資料：水から空気へ戻る光
空気に出た光の屈折角はどれですか。
- 34°
- 25°
- 9°
答えと解説
34°
空気に出た後に、法線から測った角度が屈折角です。
資料：水から空気へ戻る光
空気に出るときに折れる向きはどれですか。
- 法線に近づく向き。
- 法線から離れる向き。
- 境の面とぴったり重なる向き。
答えと解説
法線から離れる向き。
角度が25°から34°へ大きくなりました。
資料：法線に沿って入る光
ガラスに入った光の屈折角はどれですか。
- 90°
- 45°
- 0°
答えと解説
0°
光は境の面に直角な道筋のままなので、法線との角度は0°です。
資料：法線に沿って入る光
このとき、道筋の記録から言えるのはどれですか。
- 境を通り、進む向きは変わらなかった。
- 向きが同じなので、光はガラスへ入っていない。
- 向きが同じなので、速さも測って等しいと分かった。
答えと解説
境を通り、進む向きは変わらなかった。
この記録はガラス内の道筋を示しています。速さは調べていません。
資料：水面との角度を読んだ記録
水面との60°を法線からの角度に直すといくつですか。
- 60°
- 30°
- 42°
答えと解説
30°
水面と法線は直角なので、90°−60°です。
資料：水面との角度を読んだ記録
法線を基準にそろえて比べると、空気に出る光はどう折れましたか。
- 60°から42°へ小さくなり、法線に近づいた。
- 水中と空気中で、法線から測った角度はどちらも30°。
- 30°から42°へ大きくなり、法線から離れた。
答えと解説
30°から42°へ大きくなり、法線から離れた。
水中で法線から測った角度は30°です。42°は同じ基準で測った空気側の角度です。
資料：透明な物質AとB
AとBの記録から言えるのはどれですか。
- AからBに入ると、法線との角度が大きくなった。
- AからBに入ると、法線と重なるようになった。
- 記録は光がBを出てAへ進んだ向きを表す。
答えと解説
AからBに入ると、法線との角度が大きくなった。
25°はA側、37°はB側の記録です。
資料：透明な物質AとB
AとBの名前について、この記録から言えるのはどれですか。
- AとBはどちらも水である。
- 角度の変化は分かるが、名前を特定する情報はない。
- Bが空気であることを直接記録している。
答えと解説
角度の変化は分かるが、名前を特定する情報はない。
進む向きの違いだけで、この二つの物質の名前を確定しません。
資料：二つの面が平行なガラス板
板を出た光と、板へ入る前の光の関係はどれですか。
- 進む向きが逆になり、同じ道筋を戻る。
- 進む向きも位置も一致し、道筋が重なる。
- 進む向きは同じで、道筋の位置はずれている。
答えと解説
進む向きは同じで、道筋の位置はずれている。
平行な面から出た後の光は、入る前の道筋と平行でも位置が異なります。
資料：二つの面が平行なガラス板
ガラス板の二つの境を順に読むのはどれですか。
- 入るとき法線に近づき、出るとき法線から離れる。
- 入るとき法線から離れ、出るとき法線に近づく。
- どちらの境でも法線に近づく。
答えと解説
入るとき法線に近づき、出るとき法線から離れる。
空気からガラスへ入る境と、ガラスから空気へ出る境を分けます。
資料：入射角を変えた二回の記録
入射角を20°から40°にしたとき、この二回の屈折角はどう変わりましたか。
- 20°から40°へ大きくなった。
- 13°から26°へ大きくなった。
- 二回とも屈折角は13°と読める。
答えと解説
13°から26°へ大きくなった。
同じ板と物質の順で、二回目の屈折角が大きくなりました。
資料：入射角を変えた二回の記録
二回とも法線に近い向きに折れたことを示す比較はどれですか。
- 入射角20°より二回目の屈折角26°が大きい。
- 一回目の入射角20°と二回目の入射角40°を比べる。
- 13°は20°より小さく、26°は40°より小さい。
答えと解説
13°は20°より小さく、26°は40°より小さい。
同じ回の入射角と屈折角を組にして比べます。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：空気から水へ斜めに進む
光が水へ入った後の向きを、二つの角度と法線を使って説明しましょう。
答えと解説
空気側の42°より水側の30°が小さいので、水に入ると法線に近づく向きへ折れています。
比べるのは水の面との角度ではありません。
- 空気側の42°と水側の30°を同じ法線から測った角度として比べる。
- 水側の角度が小さくなり、光が法線へ近づく向きに折れると示す。
資料：水から空気へ戻る光
水から空気に出るとき、角度と光の道筋がどう変わるか説明しましょう。
答えと解説
法線からの角度は水側の25°から空気側の34°へ大きくなり、境で法線から離れる向きに折れます。
変わった角度は9°です。
- 水側の25°から空気側の34°へ角度が大きくなると示す。
- 法線から測った角度の増加と、法線から離れる向きに折れることを結ぶ。
資料：法線に沿って入る光
法線に沿って入る例で、境を通ったことと向きの変化を分けて説明しましょう。
答えと解説
光は空気からガラスへ進みますが、両側で法線に沿うので角度は0°です。ガラス内に入ったことと、道筋の向きが変わらないことは同時に言えます。
速さの測定結果はこの資料にはありません。
- 光が空気とガラスの境を通過することを示す。
- 両側とも法線から0°で、進む向きが変わらないと説明する。
資料：水面との角度を読んだ記録
水面との角度と法線からの角度をそろえ、空気へ出る光を説明しましょう。
答えと解説
水面に垂直な法線から見ると、水中の角度は90°−60°で30°です。空気側の42°の方が大きいので法線から離れる向きへ折れました。
異なる基準で書かれた60°と42°はそのまま比較しません。
- 水面に対する60°を90°から引き、水中での法線からの角度を30°とする。
- 空気側の42°と比べ、法線から離れる向きに折れると説明する。
資料：二つの面が平行なガラス板
ガラス板の二つの面での向きと、板を通った後の位置を説明しましょう。
答えと解説
入る面では法線に近づき、出る面では法線から離れます。二つの面が平行で、両側が同じ空気なので、出た光は入る前と同じ向きになります。道筋の位置は横にずれています。
同じ向きでも、二本が同じ位置を通るとは限りません。
- 入る面では法線へ近づき、出る面では法線から離れると説明する。
- 出た光は入る前と平行で、光の道筋の位置は横にずれると示す。
資料：入射角を変えた二回の記録
二回の記録でどちらも法線に近い向きに折れたことを、それぞれの角度の組を使って説明しましょう。
答えと解説
一回目は20°から13°、二回目は40°から26°です。それぞれ屈折角が入射角より小さくなったので、両方で法線に近い向きに折れています。
一回目と二回目を混ぜず、組ごとに根拠を示します。
- 一回目の20°と13°、二回目の40°と26°をそれぞれ正しく組にする。
- どちらも屈折角が入射角より小さいことから、法線に近づく向きと結ぶ。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 屈折する光の進み方を境界条件から考える
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/read-light-refraction-at-a-boundary/
選択では境の前後と角度の基準を確かめます。記述では、どちらの物質へ進むか、法線からの角度がどう変わるか、記録から説明できる範囲を講師と確認します。
読む文章・資料
空気から水へ斜めに進む
空気から水へ斜めに光を当てます。水の面に直角な法線から、空気側では42°、水に入った光は30°と記録しました。
水から空気へ戻る光
光を水の中から空気へ向けます。光は境を通りぬけ、法線から測った角度は水の中で25°、空気に出た後で34°でした。
法線に沿って入る光
空気から平らなガラス面へ、面に直角に光を当てます。入った光はガラス内でも、境を通る前と同じ直線上を進みました。
水面との角度を読んだ記録
水から空気へ出る光を調べました。水中で水面との小さい角が60°でした。空気に出た光の角度は法線から42°と記録しました。
透明な物質AとB
透明なAからBへ光を通しました。物質の名前は伏せてあります。入射角25°、Bでの屈折角37°と記録しました。
二つの面が平行なガラス板
空気中から平らなガラス板に斜めに光を通します。入る面と出る面は平行で、板の両側は同じ空気です。板内では法線に近づき、空気へ出ると法線から離れました。出た光は入る前と同じ向きですが、二本の道筋は横にずれています。
入射角を変えた二回の記録
空気から同じアクリル板へ光を通しました。一回目は入射角20°、屈折角13°です。二回目は入射角40°、屈折角26°です。二回とも法線から角度を読みました。
資料：空気から水へ斜めに進む
水に入るとき、法線との角度はどう変わりましたか。
- 12°大きくなった。
- 12°小さくなった。
- 30°小さくなった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：空気から水へ斜めに進む
水の中の光の向きについて、記録に合うのはどれですか。
- 水へ進む道筋ではなく、空気側に戻る光の向きが示される。
- 水の面に沿って進んだ。
- 空気側より法線に近い向きへ進んだ。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水から空気へ戻る光
空気に出た光の屈折角はどれですか。
- 34°
- 25°
- 9°
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水から空気へ戻る光
空気に出るときに折れる向きはどれですか。
- 法線に近づく向き。
- 法線から離れる向き。
- 境の面とぴったり重なる向き。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：法線に沿って入る光
ガラスに入った光の屈折角はどれですか。
- 90°
- 45°
- 0°
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：法線に沿って入る光
このとき、道筋の記録から言えるのはどれですか。
- 境を通り、進む向きは変わらなかった。
- 向きが同じなので、光はガラスへ入っていない。
- 向きが同じなので、速さも測って等しいと分かった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水面との角度を読んだ記録
水面との60°を法線からの角度に直すといくつですか。
- 60°
- 30°
- 42°
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水面との角度を読んだ記録
法線を基準にそろえて比べると、空気に出る光はどう折れましたか。
- 60°から42°へ小さくなり、法線に近づいた。
- 水中と空気中で、法線から測った角度はどちらも30°。
- 30°から42°へ大きくなり、法線から離れた。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：透明な物質AとB
AとBの記録から言えるのはどれですか。
- AからBに入ると、法線との角度が大きくなった。
- AからBに入ると、法線と重なるようになった。
- 記録は光がBを出てAへ進んだ向きを表す。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：透明な物質AとB
AとBの名前について、この記録から言えるのはどれですか。
- AとBはどちらも水である。
- 角度の変化は分かるが、名前を特定する情報はない。
- Bが空気であることを直接記録している。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つの面が平行なガラス板
板を出た光と、板へ入る前の光の関係はどれですか。
- 進む向きが逆になり、同じ道筋を戻る。
- 進む向きも位置も一致し、道筋が重なる。
- 進む向きは同じで、道筋の位置はずれている。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つの面が平行なガラス板
ガラス板の二つの境を順に読むのはどれですか。
- 入るとき法線に近づき、出るとき法線から離れる。
- 入るとき法線から離れ、出るとき法線に近づく。
- どちらの境でも法線に近づく。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：入射角を変えた二回の記録
入射角を20°から40°にしたとき、この二回の屈折角はどう変わりましたか。
- 20°から40°へ大きくなった。
- 13°から26°へ大きくなった。
- 二回とも屈折角は13°と読める。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：入射角を変えた二回の記録
二回とも法線に近い向きに折れたことを示す比較はどれですか。
- 入射角20°より二回目の屈折角26°が大きい。
- 一回目の入射角20°と二回目の入射角40°を比べる。
- 13°は20°より小さく、26°は40°より小さい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：空気から水へ斜めに進む
光が水へ入った後の向きを、二つの角度と法線を使って説明しましょう。
資料：水から空気へ戻る光
水から空気に出るとき、角度と光の道筋がどう変わるか説明しましょう。
資料：法線に沿って入る光
法線に沿って入る例で、境を通ったことと向きの変化を分けて説明しましょう。
資料：水面との角度を読んだ記録
水面との角度と法線からの角度をそろえ、空気へ出る光を説明しましょう。
資料：二つの面が平行なガラス板
ガラス板の二つの面での向きと、板を通った後の位置を説明しましょう。
資料：入射角を変えた二回の記録
二回の記録でどちらも法線に近い向きに折れたことを、それぞれの角度の組を使って説明しましょう。
解答: 屈折する光の進み方を境界条件から考える
12°小さくなった。
法線からの42°と30°を比べると差は12°です。
空気側より法線に近い向きへ進んだ。
水の中では法線からの角度が小さくなっています。
34°
空気に出た後に、法線から測った角度が屈折角です。
法線から離れる向き。
角度が25°から34°へ大きくなりました。
0°
光は境の面に直角な道筋のままなので、法線との角度は0°です。
境を通り、進む向きは変わらなかった。
この記録はガラス内の道筋を示しています。速さは調べていません。
30°
水面と法線は直角なので、90°−60°です。
30°から42°へ大きくなり、法線から離れた。
水中で法線から測った角度は30°です。42°は同じ基準で測った空気側の角度です。
AからBに入ると、法線との角度が大きくなった。
25°はA側、37°はB側の記録です。
角度の変化は分かるが、名前を特定する情報はない。
進む向きの違いだけで、この二つの物質の名前を確定しません。
進む向きは同じで、道筋の位置はずれている。
平行な面から出た後の光は、入る前の道筋と平行でも位置が異なります。
入るとき法線に近づき、出るとき法線から離れる。
空気からガラスへ入る境と、ガラスから空気へ出る境を分けます。
13°から26°へ大きくなった。
同じ板と物質の順で、二回目の屈折角が大きくなりました。
13°は20°より小さく、26°は40°より小さい。
同じ回の入射角と屈折角を組にして比べます。
記述問題の解答・確認の観点
資料：空気から水へ斜めに進む
光が水へ入った後の向きを、二つの角度と法線を使って説明しましょう。
空気側の42°より水側の30°が小さいので、水に入ると法線に近づく向きへ折れています。
比べるのは水の面との角度ではありません。
- 空気側の42°と水側の30°を同じ法線から測った角度として比べる。
- 水側の角度が小さくなり、光が法線へ近づく向きに折れると示す。
資料：水から空気へ戻る光
水から空気に出るとき、角度と光の道筋がどう変わるか説明しましょう。
法線からの角度は水側の25°から空気側の34°へ大きくなり、境で法線から離れる向きに折れます。
変わった角度は9°です。
- 水側の25°から空気側の34°へ角度が大きくなると示す。
- 法線から測った角度の増加と、法線から離れる向きに折れることを結ぶ。
資料：法線に沿って入る光
法線に沿って入る例で、境を通ったことと向きの変化を分けて説明しましょう。
光は空気からガラスへ進みますが、両側で法線に沿うので角度は0°です。ガラス内に入ったことと、道筋の向きが変わらないことは同時に言えます。
速さの測定結果はこの資料にはありません。
- 光が空気とガラスの境を通過することを示す。
- 両側とも法線から0°で、進む向きが変わらないと説明する。
資料：水面との角度を読んだ記録
水面との角度と法線からの角度をそろえ、空気へ出る光を説明しましょう。
水面に垂直な法線から見ると、水中の角度は90°−60°で30°です。空気側の42°の方が大きいので法線から離れる向きへ折れました。
異なる基準で書かれた60°と42°はそのまま比較しません。
- 水面に対する60°を90°から引き、水中での法線からの角度を30°とする。
- 空気側の42°と比べ、法線から離れる向きに折れると説明する。
資料：二つの面が平行なガラス板
ガラス板の二つの面での向きと、板を通った後の位置を説明しましょう。
入る面では法線に近づき、出る面では法線から離れます。二つの面が平行で、両側が同じ空気なので、出た光は入る前と同じ向きになります。道筋の位置は横にずれています。
同じ向きでも、二本が同じ位置を通るとは限りません。
- 入る面では法線へ近づき、出る面では法線から離れると説明する。
- 出た光は入る前と平行で、光の道筋の位置は横にずれると示す。
資料：入射角を変えた二回の記録
二回の記録でどちらも法線に近い向きに折れたことを、それぞれの角度の組を使って説明しましょう。
一回目は20°から13°、二回目は40°から26°です。それぞれ屈折角が入射角より小さくなったので、両方で法線に近い向きに折れています。
一回目と二回目を混ぜず、組ごとに根拠を示します。
- 一回目の20°と13°、二回目の40°と26°をそれぞれ正しく組にする。
- どちらも屈折角が入射角より小さいことから、法線に近づく向きと結ぶ。