クイズ感覚で親も中学入試問題に挑戦!
「わかるオモシロさ」「解ける喜び」を再発見してください。

光について、次の文章を読み、後の問いに答えなさい。

図1 図2

<実験> 冷たい空気は重いので下に行き、あたたかい空気は軽いので上に行きます。図1はそういった空気の温度差がある状態に人がいるとき、物体から目に入る光の進路と、人が物体があるように見える位置を示したものです。また、図2は木を見た場合の木の上部と下部それぞれからの光が人の目に入るようすを示しています。

問 図2において、人の目にはどのような像が見えるか。次の中から1つ選び、記号で答えなさい。

制限時間5分 難易度★★☆☆☆
山手学院中学校 (平成22年度 一部改)

蜃気楼や逃げ水は、光の屈折による現象です。
図2をよく見て、目にどのように光が入っているか考えてください。

蜃気楼や逃げ水は光の屈折のなせるわざです

フワ美

光って、まっすぐ進みそうなイメージだったけど、意外と簡単に曲がってしまうものなんですね。空気の温度差で曲がるなんてびっくり!

先生

光は通常、直進するのですが、鏡にぶつかれば反射するし、水面やガラスによって屈折します。冷たい空気と温かい空気は密度が異なるため、光の進む速度が異なり、冷たい空気のほうへ大きく曲がるのです。こうしたとき、物体の位置は実際とは違って、目から物体への延長線上に見えます。図1で説明している内容です。とすれば、解答にもだいぶ近づけますよね。

フワ美

実際の位置よりも上に見えるんだから……、(ア)か(イ)?

先生

そうです! あとは木がどのように見えるか、だけですが……。

フワ美

逆さまに見える理由がわからないから、(ア)にしておきます~。

先生

図1のように、空気の温度差によって、遠くの景色が実際とは異なる像として見られる現象を、何と呼ぶかご存知ですか? 温度差の生じやすい海面や砂漠などで観察でき、遠くにオアシスが見えることもあります。

フワ美

う~ん、蜃気楼かな?

先生

そうです。この問題は、実は蜃気楼の仕組みを表しているもの。蜃気楼は光の屈折によって生じます。空気の密度の差が”熱レンズ効果”を生み、まるで鏡で反転したような像が見えるんですよ。

フワ美

ということは、反転された像が見えるはずだから、答えは(イ)ってことですか?

先生

はい、正解です。砂漠のオアシスのほか、逃げ水も有名ですね。

フワ美

あっ、夏っぽい話題ですね。光は身近なのに、仕組みが難しくって取っつきにくい気もします。

先生

屈折は少し難しいので、反射の話をしましょう。鏡が2枚あるだけで、楽しく実験しながら遊ぶこともできますよ。合わせ鏡にして物体を映すと、2枚の鏡を立てる角度によって、映る個数が変わるんです。

フワ美

どういう意味ですか?

先生

鏡2枚を平行に立てて、間に物体を置くと無限に像ができますが、鏡の1辺同士を合わせてみましょう。たとえば、2枚を90度に立てた場合は、鏡に映る像は3つ、120度にすると2つ、180度だと1つ、……つまり360度を合わせ鏡の角度で割って、1を引いた数だけ鏡に映るんです。これは考えてみれば当たり前のことで、空間をいくつに分割しているかということ。90度のときは4分割しているから物体の数は4つになりますが、そのうち実体が1つありますから、鏡に映る数は3つになるということです。

フワ美

へぇ~?

先生

あまり納得されていないようなので、実際にやってみてください。まずは90度からどうぞ。

フワ美

あ、ホントに3つ映ってる!

先生

40度にすると?

フワ美

え~と、8個です。空間は9分割だから、実像を引いて8個ね。

先生

実際に見ればとてもわかりやすいので、ご家庭でもぜひお試しを。

A.(イ)

図1から、目から物体への延長線上に木が見えることが分かります。さらに、蜃気楼はレンズと同じ仕組みで屈折による現象のため、反転した倒立像として見えるので、答えは(イ)です。

光を理解するのは難しいこと。鏡の実験などで慣れておけば発想しやすいので、お子さんと一緒に体験してみてください。

村上智士先生
四谷大塚専任講師。上大岡校舎を受け持って5年目になる。

夢見フワ美さん
フワフワした雰囲気の、少し夢見がちなお母さん。小4の息子がいる。

「子どもの頃に、逃げ水を追いかけた覚えがあります~。空気の温度差があるからこその、光の現象だったのね。」

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