理科解説
光と音の性質（反射・屈折・波）｜理科クイズ対策
光の性質
- 光は真空中を約30万km/秒で進む（最も速い）
- 光は直進し、鏡に当たると反射する
- 入射角＝反射角（反射の法則）
光の屈折
光が異なる物質の境界を通るとき、速度が変わり進む方向が曲がります。
- 空気→ガラス（水）：境界面に近づく（入射角＞屈折角）
- ガラス（水）→空気：境界面から遠ざかる（入射角＜屈折角）
凸レンズと像
凸レンズ（ふくらんだレンズ）は光を集める性質があります。
- 焦点距離（f）：レンズの中心から焦点までの距離
- 物体が焦点の外（遠い）：実像（倒立・スクリーンに映せる）
- 物体が焦点の内（近い）：虚像（正立・大きく見える）
✅ カメラは倒立実像を使う
カメラのレンズは凸レンズで物体の倒立実像をセンサーに映す。虫眼鏡は虚像で拡大して見せる。
カメラのレンズは凸レンズで物体の倒立実像をセンサーに映す。虫眼鏡は虚像で拡大して見せる。
音の性質
- 音は物質（空気・液体・固体）の振動が伝わる波
- 音速：空気中は約340m/秒（光の約100万分の1）
- 振動数（Hz）：1秒間の振動回数。多いほど高い音
- 振幅：振動の幅。大きいほど大きな音
- 真空中では音は伝わらない（物質が必要）
光の反射と屈折
- 反射の法則：入射角＝反射角（平面鏡）
- 屈折：光が水中→空気に出るとき、境界面から遠ざかる方向に曲がる
- 全反射：光が密から疎の媒質へ進むとき、入射角が大きくなると全反射が起きる（光ファイバーの原理）
| 現象 | 例 |
|---|---|
| 光の反射 | 鏡・水面に景色が映る |
| 光の屈折 | 水中のストローが曲がって見える |
| 光の分散 | プリズムで虹色に分かれる |
凸レンズと焦点距離
凸レンズでは物体の位置によって見える像が変わる。焦点距離をfとすると：
- 物体が2f以上の位置：レンズの反対側に小さな倒立実像ができる
- 物体がfと2fの間：レンズの反対側に大きな倒立実像ができる（プロジェクターの原理）
- 物体がf以内：同じ側に大きな正立虚像（虫眼鏡の原理）
✅ 実像と虚像
実像はスクリーンに映すことができる。虚像は映すことができず、目で直接観察する。
実像はスクリーンに映すことができる。虚像は映すことができず、目で直接観察する。
音の性質
音は波（縦波）で空気などの媒質を振動させて伝わる。音の速さは空気中で約340m/秒（気温15℃）。光（約30万km/秒）より圧倒的に遅いため、雷は光ってから音が聞こえるまでに時間差がある。
- 振動数（Hz）が大きい→高い音
- 振幅が大きい→大きい音
- 音は真空中では伝わらない（光は伝わる）
電磁波の種類と用途
光は電磁波の一種。波長によってさまざまな種類がある：
| 電磁波の種類 | 波長 | 用途 |
|---|---|---|
| 電波 | 長い | テレビ・ラジオ・携帯電話 |
| マイクロ波 | — | 電子レンジ・Wi-Fi・レーダー |
| 赤外線 | — | 暖房・リモコン・温度感知 |
| 可視光線 | 380〜780nm | 目に見える光 |
| 紫外線 | 短い | 殺菌・日焼け・蛍光 |
| X線・ガンマ線 | 最も短い | 医療・放射線治療 |
光の試験対策まとめ
実験の確認：凸レンズの実験では物体・レンズ・スクリーンを光軸上に並べる。焦点距離の2倍の位置に物体を置くと等倍の実像。作図のポイント：①光軸に平行な光は焦点を通る、②レンズの中心を通る光は曲がらない、③焦点を通った光は光軸に平行になる。この3本の光線の交点が像の位置。虚像（虫眼鏡）は光線の延長線の交点。潜望鏡・万華鏡・カメラ・望遠鏡・顕微鏡はすべて光の反射・屈折・レンズの原理を利用したもの。光の三原色（赤・緑・青）は混ぜると白になる。色の三原色（シアン・マゼンタ・イエロー）は混ぜると黒になる。
光の実験と観察のポイント
反射の実験：鏡を使い入射角と反射角が等しいことを分度器で確認。水槽で光の屈折を観察する実験も頻出。屈折角の大小：水から空気へ出るとき屈折角が大きくなる（界面から遠ざかる方向へ曲がる）。光の速さと音の速さの比較問題：光は音の約88万倍速い。「1秒で光は地球を約7.5周」。色の実験：プリズムに白色光を当てると虹色に分かれる（分散）。波長の短い紫が最も屈折しやすく、赤が最も屈折しにくい。これが虹の色の並びの理由。