物理分野の用語と知識の問題
次の文は、光が水面で進み方を変えるようすについて述べたものである。
光が空気中から水中へ斜めに進むとき、光は境界面で折れ曲がり、屈折角は入射角より（ a ）なる。また、光が水中から空気中へ斜めに進むとき、入射角がある大きさ以上になると、光は空気中へ出ていかずに境界面ですべて反射する。この現象を（ b ）という。
文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 大きく | 乱反射 |
| イ | 小さく | 全反射 |
| ウ | 大きく | 全反射 |
| エ | 小さく | 乱反射 |
この問題で使うもの
- 光の反射・屈折・全反射の用語（説明と入口の問題）
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
空気から水へ進むときの屈折のしかたと、水から空気へ進むときに起こる現象を思い出そう。
ヒント 2
光が空気中から水中・ガラス中へ進むとき、光は境界面に垂直な線（法線）に近づくように曲がる。また、凹凸のある面で光がいろいろな方向に反射することを乱反射という。
ヒント 3
空欄 a は、屈折角と入射角のどちらが大きいかを考えると「大きく」の選択肢（ア・ウ）か「小さく」の選択肢（イ・エ）かに絞れる。空欄 b は、境界面ですべて反射する現象と乱反射の違いを考えよう。
答えと解説
答えを見る
イ
どこでつまずきましたか？（選ぶと、戻る場所を案内します）
解説を読む
光の屈折と全反射の性質を使って、空欄 a・b を順に考える。
空欄 a: 光が空気中から水中（またはガラス中）へ斜めに進むとき、光は境界面から遠ざかるように、つまり境界面に垂直な線（法線）に近づくように折れ曲がる。そのため、屈折角は入射角より小さくなる。（反対に、水中やガラス中から空気中へ進むときは、屈折角は入射角より大きくなる。）
空欄 b: 水中から空気中へ進むときは屈折角が入射角より大きくなるので、入射角を大きくしていくと、屈折した光は境界面に近づいていく。入射角がある大きさ以上になると、光は空気中へ出ていけなくなり、境界面ですべて反射する。この現象を全反射という。光ファイバーは、全反射を利用して光を遠くまで伝えている。
なお、乱反射は、表面に細かい凹凸がある物体に光が当たったとき、光がいろいろな方向に反射する現象であり、境界面で光がすべて反射する現象ではない。
よって、a は「小さく」、b は「全反射」となり、答えはイである。
- ア: a の「大きく」が誤り（空気→水では屈折角は入射角より小さい）。b の「乱反射」も誤り。
- ウ: b は正しいが、a の「大きく」が誤り。
- エ: a は正しいが、b の「乱反射」が誤り。
別解
空気中から水中へ斜めに進むとき、光は境界面に近づく向きに曲がるので、屈折角は入射角より小さくなる（a は「小さく」）。水中から空気中へ進むとき、入射角が大きくなると光が境界面ですべて反射する現象は全反射（b は「全反射」）。ア: a が「大きく」で誤り。イ: a「小さく」、b「全反射」で正しい。ウ: a が「大きく」で誤り。エ: b が「乱反射」で誤り（乱反射は表面の凹凸でいろいろな向きに反射すること）。よって答えはイ。