この実験について
物体が光を遮るところに影ができます。光はまっすぐ進むため、影がどこにでき、どれくらいの大きさになるかを正確に予測できます。部屋の中で懐中電灯と切り抜いた人の形を動かし、床や壁に映る影が大きくなったり小さくなったりする様子を観察しましょう。次は外に出て、校庭に長さ1 mの棒を立て、夏と冬に太陽が空を横切るにつれて、影の向きや長さが変わる様子を観察しましょう。
学習目標
- 影とは、物体によって光が遮られた場所にできる暗い部分だと説明する
- まっすぐ進む光線を使って、影の大きさと位置を予測する
- 物体が光に近づくにつれて影が大きくなることを説明する
- できる影をもとに、材料を不透明・半透明・透明に分類する
- 太陽による影の長さや向きが、一日のうちや一年を通してどのように変化するかを説明する
使い方
- 1たいまつを低くし、図形を近くに置いて始めましょう。壁に映る影を見てください。図形をゆっくり壁に近づけ、影がどう変化するか説明しましょう。
- 2図形を1.2 mの位置に戻します。たいまつを高くして、影が壁を下りて床に移る様子を見ましょう。影が壁に届かなくなるのはいつですか？
- 3光線を表示します。頭のてっぺんにちょうど触れる光線をたどってください。影の端は、その光線が当たるところです。
- 4素材を半透明にし、次に透明にします。そのたびに影の濃さを比べましょう。
- 5「太陽と棒」に切り替えます。「1日の再生」を押して、棒の影を観察しましょう。影が最も短くなるのは何時ですか？正午にはどちらを向いていますか？
- 66月と12月の午前9時と正午を比べましょう。正午の影が長いのはどちらの月ですか？
モデル
前提条件
- たいまつは点光源なので、影の輪郭はくっきりしています。本物のたいまつは大きな球形の火を持ち、半影と呼ばれる、柔らかくぼやけた輪郭の影を作ります。
- 人の形をした平らな切り抜きが壁のほうを向いており、壁はたいまつから3 m離れています。
- 太陽の表示は、北緯40°の場所（たとえばマドリード、北京、ニューヨーク）について、現地の太陽時を使って示しています。そのため、正午には太陽が最も高くなります。赤道より南では、正午の太陽は北の空にあります。
- 半透明と透明の素材は、一定量の光が透過するものとして表示されています。実際の素材では透過する光の量はさまざまです。
授業で試してみましょう
- Q1影絵遊びで、壁に手の大きな影を映したいと思っています。手はどこに置けばよいでしょうか？
- Q2木の影が、午後には午前中と反対の方向を向くのはなぜですか？
- Q3友だちは、たいまつが明るいから影が大きくなると言っています。それは正しいでしょうか？どうすれば確かめられますか？
- Q46月の正午の影が、12月の正午の影より短いのはなぜですか？
- Q5寝室のカーテンには、不透明、半透明、透明のどの素材が最適でしょうか？その理由も答えましょう。
よくある質問
影はなぜ物体と同じ形をしているのですか？
光はまっすぐ進むため、物体の縁を通り過ぎるはずだった光は、そのまま直進して壁に届きます。影の縁は物体の輪郭をなぞり、距離に応じて伸びたり縮んだりします。
物体をたいまつに近づけると、なぜ影が大きくなるのですか？
たいまつの近くでは、物体がより広い範囲の光線を遮ります。その光線は壁に向かう途中も広がり続けるため、光が届かずにできる部分も大きくなります。
私の影は12時に最も短くなりますか？
太陽が最も高くなるとき、つまり南中のときに最も短くなります。タイムゾーンや夏時間の影響で、時計ではおよそ11時30分から13時30分の間になることがあります。
影はなぜ完全な黒ではないのですか？
光は壁や床、空で反射し、その一部が別の方向から影の中に届きます。そのため、影の中にあるものも見ることができます。