光の屈折と全反射の解き方／コツ

屈折の問題はまず、境目に垂直な線（法線）を引くところから始めます。入射角・屈折角はどちらも法線から測った角で、光線と境目との間の角ではありません。図を見たら、境目に「┴」の補助線を入れて、入ってくる光と出ていく光それぞれの角を法線基準で確認します。

次に、光が空気→水・ガラスに入るのか、水・ガラス→空気に出るのかを確認します。空気から水・ガラスへ入るときは法線に近づく向きに曲がり、屈折角＜入射角。水・ガラスから空気へ出るときは法線から遠ざかる向きに曲がり、屈折角＞入射角になります。

水中の物が浅く見える問題は、必ず「光は水→空気で法線から遠ざかるように曲がる」＋「脳は光がまっすぐ来たと思い込む」の2点で答えます。曲がって目に届いた光をそのまま後ろにのばした位置に物があると判断するので、本当より水面に近い（浅い）位置に見えるのです。

全反射の問題は、まず光の向きと入射角の大きさの2つを確認します。条件は「密な物質から疎な物質へ進むこと（水→空気・ガラス→空気）」と「入射角が臨界角より大きいこと」。逆向き（空気→水など）では絶対に起きません。屈折角がちょうど90°になる入射角が臨界角で、水→空気は約49°、ガラス→空気は約42°です。

応用問題では、現象を屈折と全反射の言葉でつなげます。光ファイバーは細いガラスの中で全反射をくり返すのでエネルギーをほとんど失わず長距離を伝わる、と書きます。虹は水滴の中で屈折→内部での反射→もう一度屈折の3ステップを通る間に、色ごとに曲がり方が違うので色が分かれる現象です（水滴の中の反射は全反射ではなく、光の一部だけが反射しています）。