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虹と光の分散
🌈 基本のしくみ

光の分散の基本のしくみ

🌈 太陽の光は、実はいろいろな色が混ざったもの

太陽の光(日光)は、目で見るとほとんど色がついていないように見えます。けれど、日光の中には 実はいろいろな色の光が混ざり合っています。ガラスでできた三角柱をプリズムといい、 プリズムに日光を通すと、混ざっていた色が分かれて出てきます。この現象を光の分散(ぶんさん)といいます。

光の分散の定義:プリズムなどを通った日光が、いろいろな色の光に分かれて出てくる現象。 日光そのものが色を持たない光ではなく、もともと何色もの光が混ざり合ってできていることがこの現象からわかる。

🔺 プリズムで色が分かれる理由

光がちがう物質の境界面をななめに通るとき、折れ曲がって進む「屈折」が起こることは、すでに学んだ通りです。 屈折そのものの基本ルール(入射角と屈折角の関係など)は「光の屈折」のトピックで学べるので、ここでは 色によって屈折の程度がどう違うかに注目します。

プリズムの中を光が通るとき、日光はプリズムに入るときと出るときの、あわせて2回屈折します。 このとき、日光にふくまれるそれぞれの色の光は、屈折する程度(屈折率)がほんの少しずつ違います。 そのため、2回の屈折を経て、色ごとに別々の方向へ分かれて進むようになります。これが分散の正体です。

日光がプリズムで七色に分かれるようす日光スリットプリズムだいだいあい赤:曲がりが小さい紫:曲がりが大きい

🎨 色によって屈折のしやすさが違う

分散した色を、屈折の程度が小さい順に並べると赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫の順になります。 つまり、赤系統の光は屈折しにくく、紫系統(あい・紫)の光は屈折しやすいという関係があります。

最重要ポイント:7色の中で、赤い光は屈折の程度がもっとも小さく、 紫の光は屈折の程度がもっとも大きい。色の並びの両端をこの2色で覚えておくと整理しやすい。

🍎 ニュートンが発見した七色の光

日光をプリズムに通すとあらわれる七色は、17世紀の科学者ニュートンが実験でつきとめたことで知られています。 七色の並び順は「せきとうおうりょくせいらんし」(赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫の頭文字)という語呂で覚えられています。

覚え方:「せきとうおうりょくせいらんし」= 赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫。 屈折しにくい赤から、屈折しやすい紫まで、この順番で並んでいる。

📝 このセクションのまとめ

  • 日光はいろいろな色の光が混ざってできており、プリズムを通すと分かれて見える(光の分散
  • 分散が起こるのは、プリズムに入るとき・出るとき2回屈折し、色ごとに屈折の程度がちがうから
  • 屈折の程度は赤が最も小さく、紫が最も大きい
  • 七色の並びは赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫(せきとうおうりょくせいらんし)
💡 熱・光・音虹と光の分散

光の分散の基本のしくみ

🌈 太陽の光は、実はいろいろな色が混ざったもの

太陽の光(日光)は、目で見るとほとんど色がついていないように見えます。けれど、日光の中には 実はいろいろな色の光が混ざり合っています。ガラスでできた三角柱をプリズムといい、 プリズムに日光を通すと、混ざっていた色が分かれて出てきます。この現象を光の分散(ぶんさん)といいます。

光の分散の定義:プリズムなどを通った日光が、いろいろな色の光に分かれて出てくる現象。 日光そのものが色を持たない光ではなく、もともと何色もの光が混ざり合ってできていることがこの現象からわかる。

🔺 プリズムで色が分かれる理由

光がちがう物質の境界面をななめに通るとき、折れ曲がって進む「屈折」が起こることは、すでに学んだ通りです。 屈折そのものの基本ルール(入射角と屈折角の関係など)は「光の屈折」のトピックで学べるので、ここでは 色によって屈折の程度がどう違うかに注目します。

プリズムの中を光が通るとき、日光はプリズムに入るときと出るときの、あわせて2回屈折します。 このとき、日光にふくまれるそれぞれの色の光は、屈折する程度(屈折率)がほんの少しずつ違います。 そのため、2回の屈折を経て、色ごとに別々の方向へ分かれて進むようになります。これが分散の正体です。

日光がプリズムで七色に分かれるようす日光スリットプリズムだいだいあい赤:曲がりが小さい紫:曲がりが大きい

🎨 色によって屈折のしやすさが違う

分散した色を、屈折の程度が小さい順に並べると赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫の順になります。 つまり、赤系統の光は屈折しにくく、紫系統(あい・紫)の光は屈折しやすいという関係があります。

最重要ポイント:7色の中で、赤い光は屈折の程度がもっとも小さく、 紫の光は屈折の程度がもっとも大きい。色の並びの両端をこの2色で覚えておくと整理しやすい。

🍎 ニュートンが発見した七色の光

日光をプリズムに通すとあらわれる七色は、17世紀の科学者ニュートンが実験でつきとめたことで知られています。 七色の並び順は「せきとうおうりょくせいらんし」(赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫の頭文字)という語呂で覚えられています。

覚え方:「せきとうおうりょくせいらんし」= 赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫。 屈折しにくい赤から、屈折しやすい紫まで、この順番で並んでいる。

📝 このセクションのまとめ

  • 日光はいろいろな色の光が混ざってできており、プリズムを通すと分かれて見える(光の分散
  • 分散が起こるのは、プリズムに入るとき・出るとき2回屈折し、色ごとに屈折の程度がちがうから
  • 屈折の程度は赤が最も小さく、紫が最も大きい
  • 七色の並びは赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫(せきとうおうりょくせいらんし)

虹のでき方をくわしく見よう

💧 水てきは、空を飛ぶ小さなプリズム

雨上がりの空にできる虹も、プリズムと同じ「光の分散」のしくみで説明できます。空気中にうかぶ細かい 水てきの1つ1つが、プリズムと同じはたらきをします。日光が水てきに当たると、光の道すじは 次の3段階に分かれて進みます。

水てきの中での光の道すじ: ①水てきに入るときに屈折 → ②水てきのおくの面で反射(はねかえる) → ③水てきから出るときに、もう一度屈折。 プリズムの「入るとき・出るときの2回屈折」に、水てきならではの「反射」が1回加わったしくみ。

水てきの中を進む光の道すじ水てき日光①屈折②反射③屈折

1つの水てきから、私たちの目に届く色は基本的に1色だけです。けれど、空にはたくさんの水てきがうかんでいて、 それぞれの水てきが少しずつちがう色を目に届けてくれるため、全体として七色の虹が見えるのです。

混同注意:虹ができるしくみ(分散=屈折で色が分かれる現象)と、空が青く見えるしくみ(散乱)は 別の現象です。虹は「屈折+反射」、空の色は「散乱」が主役という違いを、次の比較セクションで整理します。

🌈 主虹(しゅにじ):ふだんよく見る虹

私たちがふだん目にする虹は「主虹」と呼ばれます。水てきの中で反射が1回だけ起きたときにでき、 外側が赤、内側が紫という色の並びになります。

🌈🌈 副虹(ふくにじ):主虹の外側にうっすら見えることがある虹

水てきの中で反射が2回起きると、主虹の外側にもう一つの虹「副虹」ができることがあります。 副虹は主虹よりも外側に大きな弧としてあらわれ、色の並びが主虹と逆(外側が紫、内側が赤)になります。 反射のたびに光の一部が外へにげてしまうため、副虹は主虹よりも暗く、うっすらとしか見えません。

主虹(外側が赤・内側が紫)副虹(うっすら・暗い/色の並びが主虹と逆)観測者(太陽を背にして立つと、反対側の空に虹が見える)

間違えやすい!主虹と副虹の色の並びを逆に覚えてしまうミスが多い。 「主虹=外側赤・内側紫」「副虹=外側紫・内側赤(主虹と逆)」とセットで整理して覚えよう。

📝 このセクションのまとめ

  • 水てきの中の光の道すじは屈折 → 反射 → 屈折の3段階
  • 反射が1回だけ → 主虹(外側が赤・内側が紫)
  • 反射が2回 → 副虹(色の並びが逆、暗くうっすら見える)
  • 虹(分散)と空の青さ(散乱)はしくみが別の現象

比較して覚えよう

📊 プリズムと水てきを比べてみよう

「日光を七色に分ける道具」という点では、プリズムも水てきも同じはたらきをします。ただし、 光の道すじには1つだけちがいがあります。

項目プリズム(ガラス)水てき(虹)
光を曲げるもの三角柱のガラス空気中にうかぶ細かい水てき
屈折の回数2回(入るとき・出るとき)2回(入るとき・出るとき)
反射があるかなしあり(おくの面で1回)
色が分かれる理由色によって屈折の程度(屈折率)がちがうため(共通)
見られる場所実験室・理科室雨上がりの空・水しぶきの近く

覚え方のコツ:プリズムも水てきも「光が2回屈折して色が分かれる」点は同じ。 水てきには、その途中に「反射」が1回はさまることだけを追加で覚えればよい。

🎨 屈折のしやすさランキング

7色を屈折の程度が大きい順に並べたランキングです。両端の「紫」と「赤」をまず覚え、 あいだの5色は「せきとうおうりょくせいらんし」の語呂順で埋めましょう。

1屈折の程度が最も大きい
2あい
3
4
5
6だいだい
7屈折の程度が最も小さい

🔍 身の回りの分散を探そう

光の分散は理科室だけの現象ではありません。身近な場所でも見つけることができます。ただし、七色に見えるものの中には、分散と似て見えても実は別のしくみで色づくものもあるので、区別しながら見てみましょう。

CD・DVDの裏面細かいみぞで光が分かれ、七色に光って見える(分散と似て見えるが、実は光の波の性質による別のしくみ)
シャボン玉のまくうすい膜の表と裏で反射した光が重なり合って色づく(これも屈折による分散とは別のしくみ)
庭やお店の水まき空中に飛び散った細かい水てきがプリズムのはたらきをする
噴水のミスト太陽を背にして見ると、水てきが虹をつくる
朝夕にかかる虹太陽の高度が低いほど、虹の弧が高く大きく見える

🎯 入試頻出(ひんしゅつ)Q&A

Q. 虹は空のどのあたりに見える?

A. 太陽を背にした反対側の空に見えます。太陽・観測者・虹の中心がほぼ一直線に並び、虹はその中心のまわりに円弧としてかかります。

Q. 虹はどんなときに見えやすい?

A. 雨上がりや、庭・お店の前で水をまいているときなど、空気中に水てきが多いときに見えます。また、太陽の高度が低い朝や夕方は虹の弧が高い位置に見えるため観察しやすくなります。

Q. 空が青く見えるのは、虹の分散と同じ現象?

A. ちがう現象です。空の色は「散乱(さんらん)」というしくみで説明されます。太陽の光が空気の粒にぶつかると、青系統の光ほど強く四方八方に散らばる性質があるため、空全体が青く見えます。虹は「屈折・反射」による分散、空の青さは「散乱」が主役という違いを区別しましょう。

Q. 夕焼けが赤いのはなぜ?

A. 夕方は太陽が低い位置にあるため、光が通ってくる大気の距離が昼間より長くなります。その間に青系統の光の多くが散乱されて別の方向へ散らばってしまい、残った赤系統の光が多く目に届くため、空や太陽が赤っぽく見えます。

Q. プリズムと水てきは、しくみとして何が同じで何がちがう?

A. 同じ点は「色によって屈折の程度がちがうために色が分かれる」こと。ちがう点は、水てきの場合は屈折の途中に「反射」が1回はさまることです。

実験で理解しよう

🧪 分散・虹の考え方を問題で確認しよう

ここまで学んだ「色によって屈折の程度がちがう」「水てきの中では屈折→反射→屈折の順に進む」という 考え方を使って、3つの例題を解いていきましょう。

例題 1:プリズムでの色の曲がり方

図のように、水平に進んできた日光がプリズムを通って七色に分かれた。図の点線は「もし光が曲がらずに そのまま直進した場合」の道すじを表している。次のア〜エのうち、直進の方向から最も大きくそれて 進んだ色として正しいものはどれですか。
ア.赤  イ.緑  ウ.黄  エ.紫

日光プリズム直進した場合それ方:小さいそれ方:大きい

とき方

  1. 「直進の方向から最も大きくそれた色」=屈折の程度が最も大きい色を選べばよい
  2. 7色の中で屈折の程度が最も大きいのは(反対に最も小さいのは赤)
  3. 答え = エ(紫)
例題 2:水てきの中を進む光の道すじ

ゆうたさんは庭の噴水にできた虹を観察し、水てき1つの中を光がどのように進んでいるのかを、 図に表すことにしました。次の①〜④のうち、主虹をつくる光の道すじとして正しいものは どれですか。

とき方

  1. 主虹をつくる光の道すじは「屈折 → 反射 → 屈折」の順(反射はちょうど1回)
  2. ②は屈折も反射も起きておらず直進しているだけなので誤り
  3. ③は水てきの外側で反射しただけで、水てきの中に入っていないので誤り
  4. ④は反射が2回になっており、これは副虹をつくる道すじの説明なので誤り
  5. 答え = (屈折→反射→屈折の順になっている)
例題 3:主虹と副虹の色の並び

ある日の午後、空に主虹と副虹が同時に観察されました。主虹の色の並びは、外側から内側に向かって 赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫の順でした。このとき、副虹の色の並びを、 外側から内側の順に答えなさい。

主虹外側内側副虹内側外側

とき方

  1. 副虹の色の並びは、主虹とになる
  2. 主虹(外側→内側):赤・だいだい・黄・緑・青・あい・紫
  3. 副虹(外側→内側)= 紫・あい・青・緑・黄・だいだい・赤

ポイント:主虹の外側の赤と、副虹の内側の赤が、たがいに向き合うような形で並ぶ。 両方の虹の「赤どうし」が近く、「紫どうし」が遠くに来るとイメージすると整理しやすい。

📝 このセクションで使った考え方

  • 「直進の方向から最も大きくそれた色」=屈折の程度が最も大きい色(紫)
  • 主虹の光の道すじは屈折 → 反射 → 屈折(反射は1回だけ)
  • 副虹の色の並びは主虹と逆になる
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ガラスでできた三角柱で、日光を通すと七色の光に分けることができる道具を何という?