光学
3枚偏光フィルターのパラドックス
直交させた偏光子の間に45°の第三の偏光子を挿入すると、光が再び透過する—I₀/8。
3枚偏光フィルターのパラドックス — インタラクティブな光学シミュレーション。直交させた偏光子の間に45°の第三の偏光子を挿入すると、光が再び透過する—I₀/8。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
三枚の偏光板
直交した偏光板の間に 45° の第3枚を入れると、再び光が透過します — I₀/8。
交差した2枚の偏光板の間に45°で3枚目を挿入すると、どちらも完全には遮らない軸に光が投影され、部分的な透過が生じます — 直感に反しますが、連続するマルスの因子によって必要とされます。理想的なフィルターでは最大透過率がI₀/8に達することがあります。
- I₀/8 透過
- 中央が45°
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
直交した2枚の偏光子は全光を遮ります。その間に第3偏光子を角度を付けて入れると、遮る要素が増えたのにより多くの光が通りますか？
検討する予測
- いいえ。追加偏光子は光をさらに遮るだけです。
- 驚くことに、はい。中間角の偏光子が光を一部戻し、透過が回復します。
- 外側2枚が直交したままなら第3偏光子は何も変えません。
可変的な役割
設定するもの：
- 中間偏光子の角度 (°)
測定するもの：
- 透過割合
実験の進め方
- three-polarizers プリセットを開いて Reset を押します。外側は0°と90°固定、中間は45°です。
- 最終透過強度読み出しを有効にします。
- 外側固定で中間角を設定し、3枚を通る光の割合を記録します。
支配方程式
3偏光子の透過 — I = I₀·cos²θ
3枚を順に通ると、非偏光の50%と各角度差でのマリュス則 cos² の3因子が掛かります。中間角は2枚直交より多くの光を通せます。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid) を計算します。最初の0.5は非偏光の半分、後の2項はマリュス則です。θ_mid = 45°で1/8を確認します。
- 45°の中間偏光子は各45°段階で cos²45° = 50%を通し、0°から90°への直接遷移（0%）より多く通すため最大になる理由を説明します。
実験以外での活用
- この『フィルターを増やすと透過が増える』効果は、測定が量子状態を変える三偏光子実験という量子力学の類推があります。各偏光子が既存方向を選ぶだけでなく光を自身の軸へ投影し状態を変える理由を古典波で説明します。
- 中間角が0°または90°へ近づくと透過割合はどうなりますか？式で両極限を確認し物理的理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 三枚の偏光板へようこそ
- 中央の偏光板を選択
- 再生
- 中間の偏光板が光を通す
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。