【中学生自由研究テーマNo.91】

光の通り道が見える!全反射の実験をしよう

光が水の中を通るとき、光が水面で反射して水中に戻っていくよ。
懐中電灯の光線で、すべての光が反射する「全反射」を起こしてみよう。

光の通り道が見える!全反射の実験をしよう
対象学年
制作日数
カテゴリ

用意するもの

  • 懐中電灯(なるべく小さなもの)またはレーザーポインター
  • 透明な水槽や虫の飼育ケース
  • ストロー(なるべく細いもの)
  • 黒い折り紙
  • 黒いビニールテープ
  • 石けん水(水に石けんを溶かしておく)
    ★入浴剤を溶かした水でもいいよ。
  • 分度器

実験の進め方

  1. 1

    ストローに黒いビニールテープを巻く(黒い折り紙を巻き付けてもよい)。3〜5cmに切る。

  2. 2

    黒い折り紙を4つにたたんで細長くする。

  3. 3

    ②の中心に十字の切り込みを入れる。 (重なった状態の折り紙の真ん中に穴をあける)

  4. 4

    ③の切り込みにストローをさしこみ、懐中電灯にかぶせてとめる。ストローと折り紙のすき間から光がもれないように黒いビニールテープや折り紙でふさぐ。

    ★折り紙で光の出口をふさぐよ。

  5. ★懐中電灯の先から細く小さな光が出るか確認しよう。

    ★作った懐中電灯やレーザーポインターの小さな穴から出る光をのぞいたり、人に向けたりしてはいけない。

  6. 5

    水槽に石けん水を入れ、部屋を暗くする。水槽の横から懐中電灯の光線を当て、光の角度を変えて、全反射が起こる角度を調べる。

    ★全反射が起こると、光は水面で折り返し、空気中には出なくなるよ。水中から見ると、水面の裏側が鏡のようになって、水の上の景色が見えなくなる。

うまくいかないときは、
ここをチェック

  • 光の道が見えにくいときは、石けん水の濃さを変えてみよう。うっすら色が付くくらいが目安だよ。

まとめ方・提出の工夫

  • 実験に使ったものや手順を紹介しよう。懐中電灯で光線を作るために工夫したことも書こう。
  • 光が全反射したときの角度を分度器ではかって図に書こう。水槽全体の明るさや、光って見えるところについても観察して図に書き込もう。上から見た図も書くといいね。
    ★光を水槽の外に出したり、入れたりして明るさを比べてみよう。
  • 光が直線になる角度 はあるかな? 確かめてみよう。

まとめる時に便利な
テンプレートはこちら

発展のヒント

  • インターネット回線に使われている光ファイバーは、光の全反射を利用しているよ。どのようなしくみなのか、なぜ高速で大量の情報を伝達することができるのか、調べてみよう。
  • ダイヤモンドの輝きにも光の全反射が関係しているよ。なぜダイヤモンドは強く輝くのか、「全反射」や「屈折率」をキーワードに調べてみてもいいね。

考案:滝川洋二

監修:白數哲久(昭和女子大学准教授)

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