光の屈折とレンズ
物理
雨粒に入る光の高さ・色・反射回数を動かし、虹が約42°に現れる理由を確かめる画家のアトリエ卓。屈折・分散・最小偏角・副虹と色順の反転まで。
- 屈折率
- 全反射
- 凸レンズ・凹レンズ
THEME ・ 現象・対象
「光」のアトリエ
まっすぐ進み、曲がり、色に分かれる——光のふるまいを集めたテーマ。
動かせるアトリエ卓（4）
- 波の重ね合わせと定在波物理
逆向きの 2 波を重ねて定在波の節と腹を浮かび上がらせる、音楽スタジオの応用作業台。
- 重ね合わせの原理
- 干渉
- 定在波
- 熱の伝わり方（伝導・対流・放射）— 電子レンジとオーブン理科第1分野
熱の伝わり方には伝導・対流・放射がある。オーブンは放射と熱風（対流）で食材の表面を熱し、内部へは伝導でゆっくり伝わる。電子レンジはマイクロ波が食材の中（表面〜約1.5cm）までしみ込み、水分子を直接ゆらして体積ごと発熱させる（誘電加熱）。だからレンジは中まで早く温まるが表面は蒸発で約100℃止まりで焦げず、オーブンは表面が180〜230℃に達して焦げるが中心は遅れる。
- 伝導
- 対流
- 放射
- 電磁波物理
電場と磁場の振動が伝搬する波。光速 c、波長スペクトル（電波〜γ線）。
- 電磁波
- 光速 c=1/√(εμ)
- スペクトル
テーマの解説（2）
物理 レイリー散乱
空が青く夕焼けが赤い理由。光の波長と大気の粒の関係（レイリー散乱）が、昼と夕方で色を入れ替えるからくりを解く。
物理 虹
虹はなぜ七色で、なぜ約42°のアーチなのか。雨つぶの中の屈折・反射と、色（波長）で屈折率が違う分散から、主虹・副虹・暗帯までを解く。
身近な例で見る（3）
- 夕焼けはなぜ赤い？物理
太陽が低いと光が大気の中を長く通り、その間に青い光が散らされて、残った赤い光がよく届くから。これは「空はなぜ青い？」とまったく同じ仕組み（レイリー散乱）です。
- 光
- 空はなぜ青いの？物理
太陽の白い光が空気の粒に当たると、波長の短い青い光ほどよく散らばります（レイリー散乱）。昼は散った青が空いっぱいに広がって青く見え、夕方は光が空気を長く通るぶん青が散り切って、残った赤い光が届くから夕焼けは赤くなります。
- 光
- 虹はなぜ 7 色に見える？物理数学
雨粒の中で光が「屈折→反射→屈折」と曲がるとき、色（波長）ごとに曲がる角度がほんの少し違うから。赤は約42°、紫は約40°の方向に出て、空に色の帯が並びます。
- 光