中学校理科の第1学年、第1分野「光と音」の一部で、光の反射に続いて学ぶ内容です。光が違う種類の物質の境界面に進むとき、その境界面で進む方向が変わることを光の屈折といい、屈折した光と法線の間の角を屈折角といいます。境界面に垂直に進む光(入射角 0°)は、屈折せずにそのまま進みます。光が空気中から水やガラスに進むときは、屈折角が入射角より小さくなり、光は法線に近づくように曲がります。反対に、水やガラスから空気中に進むときは、行きの道すじを逆にたどり、屈折角が入射角より大きくなります(法線から遠ざかる)。このとき入射角をさらに大きくしていくと、ある角度をこえたところで屈折して出ていく光がなくなり、すべて境界面で反射します。これが全反射で、水やガラスから空気へ進むときに起こり、空気から水やガラスへ進むときには起こりません。光ファイバーは全反射を利用して光を遠くまで伝えます。学習指導要領では、屈折は入射角と屈折角の定性的な関係(どちらが大きいか)に触れる扱いで、このプリントにも角度を計算で求める問題はありません。白色光がプリズムでいろいろな色に分かれることも中学1年で触れますが、このプリントでは扱っていません。

つまずきやすいところ

「空気から水へ」と「水から空気へ」で曲がる向きが逆になるため、どちら向きの話かを読まずに答えてしまうことがあります。問題文の「〜から〜へ」に印を付けると、取り違えが減ります。
入射角、屈折角、反射角の3つが同じ図に出てくると混ざりやすいです。どの角も「光と法線の間の角」なので、法線を先に引いてから角に印を付けると区別できます。
全反射の起こる向きがあいまいになりがちです。紙面の言い方にそろえて「水やガラスから空気へ進むときだけ」と、向きを一言で言えるようにしておきます。
水中のストローが曲がって見える問題で、水から空気へ出る光の屈折角が入射角より「大きい」ことを、空気から水へ進むときの関係と取り違える間違いが見られます。
反射の法則と混同して、屈折でも入射角と屈折角が等しいと思い込む間違いもあります。

教え方・声かけのコツ

半円形ガラスや台形ガラスに光を当てて、道すじを紙に写す実験(教科書や先生の指示に従う)をすると、曲がる向きが体感できます。強い光源を直接目で見ないようにします。
「空気→水・ガラスは法線に近づく」「水・ガラス→空気は法線から遠ざかる」と、法線を基準に言い換えると、向きが覚えやすくなります。
コップの水にストローや鉛筆を入れて、折れ曲がって見える様子や、水中の物が浮き上がって見える様子を実際に見てから問題に取り組むと、図と現象が結びつきます。
屈折光の作図では、法線を引き、屈折光が法線に近づくか遠ざかるかを先に決めてから線を引かせます。

運営者の見方

屈折は、反射よりも「どちらからどちらへ進むか」の判断が増える単元です。「ポイント」には、屈折とは何か、空気→水の図(屈折角＜入射角)、水→空気の図と全反射を並べ、最後に全反射の利用として光ファイバー(胃カメラや通信)と、水中から見上げた水面が鏡のように見える例を載せました。「問題」は、用語と大小関係の大問、空気から水面に入る光の屈折光をかく作図の大問、水中のストローが折れ曲がって見える実験・考察の大問の3つです。屈折を数式で求める単元ではないため計算の大問は置かず、図をかくことと、向き・大小を言葉で答える問いで組み立てています。赤い字は赤シートで消える語句で、屈折、屈折角、小さく・大きく、全反射のように、向きと結びつけて覚える語を赤くしてあります。反射の単元と同じ「ポイント」と「問題」の2枚の形です。

よくある質問

Q. 屈折の角度を計算で求めますか。
A. 学習指導要領では、入射角と屈折角の大小関係(定性的な関係)に触れる扱いです。このプリントにも、角度を計算する問題はありません。

Q. 全反射はどんなときに起こりますか。
A. 光が水やガラスから空気中へ進むとき、入射角を大きくしていくと起こります。屈折して出ていく光がなくなり、すべて境界面ではね返ります。空気から水やガラスへ進むときには起こりません。

Q. 屈折でも入射角と屈折角は等しくなりますか。
A. 等しくなりません。空気中から水やガラスに進むときは屈折角が小さく、逆のときは屈折角が大きくなります。境界面に垂直に進む光だけは、曲がらずにまっすぐ進みます。