塾で指導中に生徒から質問されて、答えられませんでした。どなたか教えてく

質問

塾で指導中に生徒から質問されて、答えられませんでした。どなたか教えてください。
光はなぜ屈折するのですか。これに関連して、光の振動数が大きいほど屈折が大きいのはなぜなのかも回答して頂けたらありがたいです。

回答No.5

cocacola2010 · ベストアンサー

既に近い回答がありましたが、ホイヘンスの原理といいます。
生み出される波は素元波球面の包絡面からなるという原理です。
wikipediaのホイヘンス＝フレネルの原理の図を見てください。
（参照URLが長すぎて入力を自動拒否されました）
これを描くと媒質中の光の速度が遅くなると屈折する、事が分かり
また媒質中の光の速度から屈折角を幾何学的に求めることが出来ます。
（おそらくその導出含め高校の教科書に載ってると思うのですが）
この原理は、反射や回折などの現象も説明できます。

光が遅くなる理由は、主に媒質中の電子やイオンなどの電荷と電磁波中の電界の相互作用です。（電荷の振動によって生じた２次的な電磁波の重ね合わせ）
→誘電率

本来は振動数が大きいほど屈折率が大きいとは限りません。
全体的に見れば振動数が高いほどその振動が速すぎて、媒質中の電荷がついていけなくなり、屈折率は小さくなります。→誘電分散
ただし可視光の場合はイレギュラーで、紫外光の振動数が電子の共鳴振動数と一致することが多いために、紫外光の振動数での相互作用が特別に強くなり、結果、可視光に関しては紫外光に近い振動数、つまり大きな振動数を持つほど屈折率が大きくなります。

回答No.4

tance

すみません。画像が添付されていませんでした。

回答No.3

tance

敢えて解りやすく説明するには、10人11脚を例に取ると良いと思います。

光という波の進み方を、10人11脚がぞろぞろ連続的に進んで来ると
考えます。

一方、ガラスの中は光の進むスピードが遅いという事実があります。

さて、空気とガラスを「体育館の普通の床」と「べたべたの床」に
置き換えてみてください。

図のように１列になって斜めに走ってきた列は、べたべたにさしかかると
遅くなります。（普通の床に人に遅れをとる）
結果として曲がってしまう、という訳です。

なので、真っ直ぐ正面から入射させると曲がりません。

この図は細部まで正確という訳ではありません。イメージを持って
もらうための図です。列の進む方向も曲がるのですが、図では
そのへんは反映しておりません。（10人もいないし・・)

これでイメージは掴めますか？

このような質問をした生徒を褒めてあげてください。疑問を持つという
ことは非常に大切なことです。

回答No.2

okada2728

変分原理によって、光は2点間を、その通過時間が最も小さくなるようなコースを通ることになっているので、それを計算すると2媒質間にまたがる場合には直線コースよりも途中で折れ曲がる（いわゆる屈折）方が所要時間が小さくなります（この精密な計算は微積分によるので高校生レベルですね）。
とりあえずこれが屈折する原理的かつ定性的な説明だと思います。

回答No.1

noname#185706

屈折については↓
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%88%E6%8A%98%E7%8E%87

振動数(波長）依存性については↓
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E6%95%A3_(%E5%85%89%E5%AD%A6)

をどうぞ。（Wiki の引用ばかりで申し訳ありません。）