光学
全内反射
臨界角を超えると光は逃げずに、光線は密度の高い媒質に完全に反射される（θc = arcsin(n₂/n₁)）。
全内反射 — インタラクティブな光学シミュレーション。臨界角を超えると光は逃げずに、光線は密度の高い媒質に完全に反射される（θc = arcsin(n₂/n₁)）。 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。
全反射
臨界角を超えると光は逃げ出せず — 光線は高密度側へ全反射します（θc = arcsin(n₂/n₁)）。
光がより密な媒質からより疎な媒質へ進むとき、入射角が大きくなるとやがて臨界角に達し、屈折光線が表面をかすめるようになります。θ_cを超えるとすべてのエネルギーが内部で反射します — これが光ファイバーやダイヤモンドの輝きの原理です。
- θ_c = arcsin(n₂/n₁)
- θ_c を超えると透過なし
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
ガラスのような高密度媒質から空気のような低密度媒質へ進む光は、入射角が十分急なら外へ屈折せず全反射します。高屈折率ガラスの臨界角は小さくなるか大きくなるでしょうか？
検討する予測
- 高屈折率ガラスは臨界角が大きくなります。
- 臨界角はガラスの屈折率に依存しません。
- 高屈折率ガラスは臨界角が小さく、全反射が起きやすくなります。
可変的な役割
設定するもの：
- ガラスの屈折率 n₁
測定するもの：
- 臨界角 θ_c (°)
実験の進め方
- tir プリセットを開いて Reset を押します。光はガラスから空気へ進み（n₂ = 1.0固定）、
- 臨界角読み出しを有効にします。
- 各試行でガラスの屈折率を設定し、臨界角を記録します。
支配方程式
全反射の臨界角 — θc = arcsin(n₂/n₁)
高密度媒質 n₁ から低密度媒質 n₂ < n₁ へ進む光は、θ_c = asin(n₂/n₁) を超える入射角で全反射します。この角度を超えると透過光はなく100%反射です。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- n₂ = 1.0 を用いて θ_c = asin(n₂/n₁) を計算し、表と比較します。
- 高屈折率ガラスは光を強く曲げるのに臨界角が小さく、より広い入射角範囲で全反射する理由を説明します。
実験以外での活用
- 光ファイバーは全反射で高屈折率ガラス芯内に光を閉じ込め、ほぼ損失なく伝えます。高屈折率の芯を低屈折率クラッドで囲む理由を説明します。
- ダイヤモンドは屈折率約2.42で臨界角約24°と小さいです。上から入った光が出る前に何度も全反射し、よくカットしたダイヤが輝く理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 全反射へようこそ
- 物体を選択
- 再生
- 透過光なし
- 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。