センター試験「物理」平成31年「屈折率を長さで表せ?」 | 高校物理発想法ーここが知りたかった!

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「運動量保存の法則を使うときには、まず、働く力を内力と外力に区別し、外力がすべて一方向を向いていないか調べる」など、ここだけの高校物理のポイントをズバリ本音で指摘します。これで物理の得点UP!!


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平成31年センター試験「物理」の第3問A問1

 

屈折率nを図中の線分の長さを用いて表せ

 

という問題

 

答えは

 

n=EF/AB

 

なのですが...分かりますか?ちょっと難しいですね。

 

解説します。

 

まず、屈折率とは何かから解説します。

 

屈折率の説明はまず境界面に異なる2点を選び(A点、F点)

その2点を通る波の経路の線を引きます

次に、A、Fから反対の経路に垂線を引きます

垂線の足を図のようにB、Eと置きます。

 

入射角をθ1、屈折角をθ2とします。

線分AEと線分BFが波の経路への垂線であることから、

AとE、BとFは同位相であり、波面AEが一定時間t後に波面BFに移ることが分かります。

 

つまり、AがBに移る間に、EはFに移ります。

 

空気を伝わる波の速さをv1、屈折率nの媒質を伝わる波の速さをv2とすると

 

v1t=EF=AFsinθ1

v2t=AB=AFsinθ2

 

辺々を割ると

 

v1/v2=EF/AB=sinθ1/sinθ2・・・①

 

同じ媒質なら波の速さは一定だから

v1とv2は定数なので、v1/v2も定数ということになります

 

①式の主張することは、

 

波の屈折において、

 

sinθ1/sinθ2=(一定)

 

を満たすような入射角θ1、屈折角θ2で屈折が起こる

 

ということです。

 

これを「屈折の法則」と言い、

式①の値を真空(≒空気)に対する媒質の屈折率nと約束するのです。

 

屈折率ってこういうことです。

ちなみにこれは、ホイヘンスの原理によっています。

 

①式の値が屈折率nでEF/ABなのですから、

センター試験の答えもEF/ABですね。

 

この問題、この屈折率の説明

 

境界面上に2点を取って...云々

 

を知らないと手こずるかもしれません。

皆さんは正解できましたか?

 

教科書や参考書の「ホイヘンスの原理」から「屈折率」の辺りを復習してみてください。

 

今回はそんなもんで。

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