この実験について
2種類の透明な媒質の境界に向けて光線を照射します。角度と屈折率を調整して、反射、屈折、全反射を比較します。角度はどちらも、境界面に垂直な直線である法線から測定します。光線の幅は光の強さを模式的に示し、数値表示は計算された割合を示します。
学習目標
- 平面境界で反射の法則とスネルの法則を適用する
- 透過光線が法線に近づくか、法線から遠ざかるかを予測する
- 臨界角と全反射が起こる条件を特定する
使い方
- 1ガラスの上に空気を設定し、入射角を大きくします。入射角と屈折角を比較します。
- 2媒質を入れ替えます。屈折光線が法線から遠ざかる様子を観察します。
- 3全反射のプリセットを選び、臨界角を下回るまで角度を小さくします。
- 4両方の屈折率を同じ値に設定します。光線の進行方向と反射光の強さを確認します。
モデル
前提条件
- 両方の媒質は均質、等方性、非磁性、透明で、吸収はありません。
- 界面は平坦で、波長よりはるかに大きいものとします。回折と表面粗さは無視します。
- 屈折率は実数で、波長に依存しません。フレネルのパワー比は非偏光を仮定しています。
授業で試してみましょう
- Q1光が空気からガラスへ進むとき、臨界角が存在しないのはなぜですか？
- Q2屈折率1.50のガラスから空気へ進む場合、臨界角を推定し、その推定を確かめてください。
- Q3垂直入射では、屈折角がゼロであることは反射パワーもゼロであることを意味しますか？
よくある質問
屈折が起きるのに、反射光線が残るのはなぜですか？
屈折率の異なる媒質の境界では、入射パワーの一部は一般に反射され、残りは透過します。フレネル方程式によって、それぞれの割合が決まります。
臨界角ちょうどでは、何が起こりますか？
限界となる透過方向は、法線から90度の界面に沿った方向です。損失のない境界では、法線方向の透過電力はゼロに近づきます。このモデルでは、臨界角を超えると伝搬する透過光線は存在しません。