光波⑥（光とは何か？-偏光・分散・電磁波）
１．導入（演示実験：「壁をすり抜けるサイコロ」）
今日は「光とは何か？」について考えていきたいと思います。
ではこれをみてください。筒の中にサイコロが入っています。 そして，「筒は真ん中に壁があります。黒い壁が見えますよね。」
しかし，ゆっくりずらしていくと･･･，
なんと「サイコロは壁を通り抜けて反対側にいくことができます！」。
何故でしょうか？･･･
実は壁なんてないんですね。次を見て分かる通りです。
２．偏光とは何か？
では，黒く見えたのは何でしょうか？･･･
その理由は「光は横波だから！」。
もう少し詳しく説明しましょう。
①光は横波であり，通常（例えば太陽光や蛍光灯など）は，いろいろな方向に振動する光が集まっている。
②その光を偏光板を通すと，１方向だけに振動する光（例えば縦方向だけ）だけになる。この光を「偏光」という。
（偏光板は特定の方向に振動する光以外を吸収してしまう）
③もう一枚の偏光板を横向きにして重ねると，はじめの偏光板を通り抜けた縦方向の光も吸収され，真っ黒にみえる。
実際に偏光板を重ねて見ます。
※1枚目の写真が同じ方向に偏光板を重ねたもの，2枚目の写真が互いに垂直の向きに重ねたものです。
サイコロの筒は，2枚の偏光シートを互いに垂直方向にして重ねたものです。 これで2枚が重なってみえるところは真っ黒になって，壁のように見えるというわけです！
そして，これは「光が波」であること，
そして「光は横波」であることの１つの証拠です。
粒子であったり，縦波であったりするものが，偏光を起こすとは考えられません
（だって粒子や縦波に方向性があるだろうか？）。
まとめておきます。
釣り用のサングラスをかけると，水中の魚が見やすくなります。なぜでしょうか？
釣り人が水面を見ているとき，目に入ってくる光は2種類あります。
水中から屈折してくる光と水面で反射してくる光です。
水面で反射すると，実は，偏光が起こります。
水面に対して垂直に振動する光はあまり反射されないのです。
そのため，偏光サングラスをかけ水面に対して平行に振動する光をカットすると，
水面で反射する光はほとんど目に届きません。
そうすれば，水中から届く光だけをみることができ，魚を見つけやすくなるというわけです。
３．光の分散
ここに，三角プリズムがあります。
ここに太陽からの光をあててみましょう。
すると，このように虹の帯が見えます。これを「スペクトル」といいます。
太陽からの光は透明というか白というか，これを「白色光」といいますが，
このようにプリズムを通すと，虹のようになるということは，
もともと白色の光なんてなく，いろいろな色の光（単色光）が
集まって「白色」に見えるわけです。
このように，白色光がプリズムなどによって単色光のスペクトルにわかれることを， 「分散」といいます。
分散する理由は，わずかに屈折率が波長によって異なるからです。
例えば，ガラスは1.5くらいといっていましたが，赤だと1.51で，紫だと1.53というくらいずれる。
これによって図のように分かれます。
スペクトル
先程見たような，虹の帯を「スペクトル」といいますが， 太陽光のように赤から紫まで連続してみえるものを「連続スペクトル」 といいます。白熱灯も同様に見えます。しかし太陽光はよーく観察してみると， ところどころに黒い線がみえるのです。これを「暗線」といいますが， その色は届いていないということです。暗線の部分は地球の大気に吸収されたものです。 これを特に「フラウンホーファー線」といいます。 地球以外の星の暗線を探ればその星の大気の組成がわかるはずです。
一方，高速道路のトンネルに使われているオレンジ色の光を放つ「ナトリウムランプ」などを 同じようにしてプリズムに通しても，赤や黄色の線が見えるだけです。 このようなものを「線スペクトル」といいます。 これはその色しか出ていないということです。原子内の電子の遷移 （ある軌道から他の軌道に電子が移動する）の際に出る波長は決まっています。 それがナトリウムならオレンジになるわけです。 化学で学習する炎色反応で，原子によって色が変わるのはそのためです。
虹のできる理由
虹は分散によってできます。図のように，空気中の水滴の中で屈折して反射して屈折して 出てきた光が目に入ります。このとき赤よりも青のほうが屈折率が大きいので， 上の方に光が進みます。よって，虹の帯は赤が上で青が下に見えるのです。
４．光の波長と種類
このように白色光はなく，いろいろな光が混じって白に見えます。 色は，赤→橙→黄→緑→青→紫（せき→とう→おう→りょく→せい→し） という順番になっています。ちなみに，「これじゃ，6色じゃないですか！7色でしょ！」と言われますが， 誰が7色なんて決めたのでしょう？実はニュートンらしい。ドレミファソラシの7音階に合わせて， 7色に決めたようです。そのときには，青と紫の間に「藍色」を入れます。 しかし，波長の幅で考えると6色でいいのではないかと思います。 波長は次のようになります。[nm]はナノ・メートルで，1[nm]＝10-9[m]です。
「赤より波長の短い光，紫より波長の短い光は存在しない？」
それは存在します。音でも人間には20[Hz]～20,000[Hz]の間しか聞こえないが，
それよりも振動数の大きい「超音波」や小さい「低周波」は存在したのと同じことです。
赤より波長の短い光を「赤外線」，紫より波長の短い光を「紫外線」といいます。
「ほかに「なんとか線」とか「なんとか波」というのを思いつく限りあげてみましょう。」
→X線，ガンマ線，アルファ線，ベータ線，かめはめ波，マイクロ波････
これらを整理すると以下のようになります。
※正確にはマイクロ波は電波の一部です。X線とガンマ線は波長で分けるものでなく， X線は原子の軌道電子の遷移によって，ガンマ線は原子核内のエネルギー準位の遷移によって 生じたものをいいます（使用例もX線とガンマ線ではかぶる）。
また，これらの使用例をかっこで書いておきました。
紫外線を浴びすぎると，皮膚がんの可能性が高くなります。
レントゲン写真は筋肉は通過して骨で反射したX線を感光するのです。
材料検査とは，金属などにガンマ線をあてて，金属内のひび割れなどをみつけます。
このように波長が短くなるほど中まで入っていけるということはわかるでしょうか？
マイクロ波は携帯電話の電波としても使われています。
電子レンジではマイクロ波がちょうど水分子の振動と共鳴するので，
水だけを温めます。ですので，空っぽの茶碗をチンしても，熱くなりません。
このように可視光線以外は人間の目には見えませんが，存在します。 それらを総称して「電磁波」といいます。
放射線について
かめはめ波はいいとしても，アルファ線とベータ線は上の表にはのっていません。
これらは電磁波ではないのでず。では何かというと･･･
・アルファ線･･･ヘリウムの原子核の流れ
・ベータ線･･･高速の電子の流れ
です。これらとガンマ線は放射性物質からできてきます。
これらの被害についてはどこかできちんと授業をしましょう。
５．まとめ
今日は光の偏光・分散を学習し，電磁波まで説明しました。 いまの社会では電磁波なくして生活はできません。 少しでも知識として定着すればと思います。
授業を終えて。。。
色についてや放射線については深く興味を持つ生徒がいた。
そうした生徒をもう少しひっぱていけるといいな。
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