光波27年度�F（レンズの課題と光の三原色）

１．導入

前回もレンズを学習しました。あと少し課題を考えてもらって， いろいろな光の性質に入っていきます。

２．課題３（物体の中心から出た光）

次の課題を考えてください。 ただし，本当に端っこに入射していますが， きちんとレンズに 光は入っていると考えてください。まあ端の方という意味です。

予想を書いて。じゃあ，見たところ次の三択かな。 どれかに手を挙げてください。

生徒の予想：
ア．像よりも上の方に行く（3人）
イ．像の先端に行く（1人）
ウ．像の中心に行く（多数）

では聞いていってみましょう。
M君（イ）：「なんとなくです…」
じゃああとでわかったら聞くね。
O君（ア）：「先端から出てレンズの端を通った光は， 像の先端に行く。角度は同じになりそうだから上の方に行く」
はぁ，なるほど。レンズに入射するときの角度が 大きくなるから，屈折角も大きくなる感じね。オーケー。
N君（ア）：「レンズを大きくして行ったらどうか？ 全部の光が中心にいくなんて考えられない。」
うーん，つまり，レンズを大きくしていくと光の量は増えるけど， いくらでも増えることはないということね。
W君（ウ）：「像が見えるということは全部そこにいく」
S君（ウ）：「レンズを大きくするというのは，光を集めるために 大きくするので，全部中心に行く」
オーケー。これは実験が面倒なので，答えを言うよ。 正解は「ウ」，中心から出た光でレンズを通ったら， すべて中心に行きます。理由はW君とS君が言った通り。 レンズが大きくなっても同じ。だから望遠鏡のレンズ は大きいっていったよね。 作図するときに「代表的な３本」って言ったのを覚えているかな？ 本当は多くの光がそこに行くけど， 書きやすい３本を書いているだけです。

３．課題４（レンズの上半分を隠したら？）

では，次です。

じゃあ，どれかに手を挙げてください。

生徒の予想：
ア．（0人）
イ．（2人）
ウ．（0人）
エ．（多数）
オ．（1人）

では聞いていってみましょう。
E君（オ）：「光線はそこにいくのだから変わらない」
何？どこの光線？
E君：「レンズの下半分を通った光は，像のところに行くのだから変わらない」
例えば先端から出た光はどこいくの？
E君：「先端」
なるほど。届いているから別に変わらないということね。了解。
M君（イ）：「上を通る線が届かないから，下半分は消える」
オーケー，先端を出て下に行った光はどこにいくの？
M君：「やっぱり変えます」
何に？なんで？
M君：「エにします。先端を出た光は像の先端にいくから。」
いいの？O君も同じ？
これも実験はせずに答えだけ言いますよ。 正解は「エ」です。みんないいね。考え方は理解できたね。 まとめておいてください。 あとでプリントを回収します。

４．電磁波

さて，レンズはとりあえず終わりにして， 光の色々な性質に入っていきます。 まずそもそも光って何だっけ？

光は，「可視光線」という 「電磁波」の一種です。去年，電磁波を学習したよね。 復習しておこう。光の中で最も波長が長いのは何色？ そう，赤です。赤よりも波長が長いのは？そうそう，赤外線。 逆に光の中で最も波長が短いのは紫。オーケー。 紫より波長が短いのは？紫外線。 紫外線よりも波長が長いのは？
生徒：「…」
波長が短くなるとエネルギーは大きくなって， 固いものまで入っていけるようになる。 紫外線を浴び過ぎると皮膚がんになったりする。 でも皮膚までしか入れない。肉までは入れるけど 骨までは入れないのは？そうそう，レントゲン写真だけど， X線だね。X線よりも波長が短いのは？ 生徒：「α線？」
α線はヘリウムの原子核の流れで電磁波ではありません。 電磁波は物体が動いているわけではないからね。 ちなみにベータ線は電子が動いている。 あともう一声！
生徒：「ガンマ線」
そうだね。?線です。 まあ，本当はX線と?線は波長の違いではなく， どこから出ているかの違い。 X線は電子から出ているけど，?線は原子核から出ているのです。

逆に赤外線よりも波長が長いのは「電波」 といいます。携帯やラジオやテレビなどの電波。 なの一部は「マイクロ波」と呼ばれています。 これは電子レンジで使っている電磁波ですね。

５．白色光と単色光

しかし，上の表には”白色”がないよね。 白色ってなんだろう？それはね，すべての色が混じった 状態を”白色光”といいます。逆に，一色だけの光を ”単色光”といいます。 ただ，人間の場合は，全色混じっていなくても「白色」 と認識するのです。人間の網膜にある視細胞は 「錐体細胞（すいたい）」と「桿体細胞（かんたい）」 があり，錐体細胞は明るいときに働くのですが， 赤，緑，青に対応する細胞しかないのです。 つまり，この三色が混じれば「白色」と人間は感知する。 これを「光の三原色」といいます。

ちなみに，桿体細胞は暗いときに働きます。 この細胞は明暗だけ認識し，色は認識できません。 夜トイレに行くときとか薄暗いとき， 色はなくて白黒に見えない？（うーん，反応が悪い） 家でよく見てごらん。

光の三原色は絵具と違うと思った人もいるでしょう。 絵具ならば全色混ぜれば「黒色」になるよね。 これは「色の三原色」といいます。 黄色のチョークは赤と緑は反射し，青を吸収してしまう 物質が入っているのです。シアンは青と緑を反射し，赤を吸収します。 マゼンタは赤と青を反射し，緑を吸収します。 これら全部を混ぜたら赤，青，緑それぞれ吸収してしまう 物質が含まれていることになり， すべての光を吸収してしまう。よって，黒色に見えるのです。

６．まとめ

今日はいろいろ学習したね。ダジャレではありませんよ。 でも色が見えるっておもしろいよね。 今日の話ではなぜ黄色のチョークが青を吸収するのか はわかりません。俺はそれがなぜか知りたかったことも 物理学科に進んだきっかけの一つです。 高校3年生で少し触れたいと思いますので， それまでお待ちください。気になる人は自分で調べてみるといいね。

授業を終えて。。。
・課題のおかげでレンズの理解は深まったのではないか？ 生徒がいろいろ考えるようになっている気がしてうれしい。
・色に関してはもう少し詳しく話したいところだけど， 時間がない！

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