光に関する問題

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2021年浅野中学の問題です。

光に関する次の文章を読んで、後の問いに答えなさい。

太陽から地球に届く光はいろいろな現象を引き起こし、古くから人々の関心をひきつけてきました。私たちの身近なところにも、光が関係するいろいろな現象があります。例えば、金魚の入った水そうを横から見ると、①金魚が水面の上にもいるように見えます。また、②コップに入れたストローやコインを上から見ると、コップに水を入れる前と後で見え方が変化します。その他。夏の暑い日に離れた地面に水があるように見える「逃げ水」という現象があります。
ガラスなどを通って空気中に出た太陽光がスクリーンに当たると、スクリーンが色づいて見えることがあります。これは[図1]のように、③光の色によって屈折する角度が少しずつ異なることが原因です。④ガラス製の器具Aから屈折して別々の方向に出てきた色の光を再び器具Aを通して1か所に集めると、白色の光に戻ります。
これは虹ができる仕組みでもあります。虹は[図2]のように、太陽光と視線のなす角度が約42°の方向に見られます。[図2]では色による屈折角の違いを表していませんが、実際は⑥水滴に入った太陽光が反射と屈折を経ることで、光の色に角度の差ができ、空か色づいて見えます

(1)下線部①に関係する現象としてもっとも適切なものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。

ア 全反射      イ 乱反射      ウ 屈折      エ 分散

(2)下線部②について、もっとも適切なものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。

ア ストローは折れ曲がって長く見え、コインはより深い位置に見える。
イ ストローは折れ曲がって長く見え、コインはより浅い位置に見える。
ウ ストローは折れ曲がって短く見え、コインはより深い位置に見える。
エ ストローは折れ曲がって短く見え、コインはより浅い位置に見える。

(3)下線部③について、[図1]から分かることとしてもっとも適切なものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。

ア 光が空気からガラスに進むときは赤色の光の方がよく曲がり、ガラスから空気に進むときも赤色の光の方がよく曲がる。
イ 光が空気からガラスに進むときは赤色の光の方がよく曲がり、ガラスから空気に進むときは紫色の光の方がよく曲がる。
ウ 光が空気からガラスに進むときは紫色の光の方がよく曲がり、ガラスから空気に進むときは赤色の光の方がよく曲がる。
エ 光が空気からガラスに進むときは紫色の光の方がよく曲がり、ガラスから空気に進むときも紫色の光の方がよく曲がる。

(4)下線部④について、[図1]の赤から紫に向かう色の順番としてもっとも適切なものを、次のア~力の中から1つ選び、記号で答えなさい。

ア (赤)一緑一黄一青-(紫)
イ (赤)一緑一青一黄-(紫)
ウ (赤)一黄一緑一青-(紫)
エ (赤)一黄一青一緑-(紫)
オ (赤)一青一緑一黄-(紫)
力 (赤)一青一黄一緑-(紫)

(5)下線部⑤について、[図1]の器具Aの名称を答えなさい。また、白色の光に戻すために点線部に置く器具Aの向きとして、もっとも適切なものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。

(6)下線部⑥について、水滴中の赤色の光と紫色の光の進路の組み介わせとしてもっとも適切なものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。ただし、赤色の光を実線で、紫色の光を点線で表しています。

(7)虹に関して適切でないものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。

ア 朝方は西の空に虹を見ることができる。
イ 南中高度の高い夏の正午付近は大きな虹が見える。
ウ 滝の近くでは雨上がりでなくても虹を見ることができる。
エ 日本では正午付近の南の空に虹を見ることはできない。

上空で水滴が十分に冷やされると、氷の結晶(氷晶)になって落ちてくることがあります。[図3]のように、水平な状態のまま落ちてくる氷晶を太陽光が通って私たちの目に入ると、「逆さ虹」というめずらしい現象をみることができます。この仕組みを考えてみましょう。[図3]の拡大図のように、太陽光は氷晶の上面に入射して側面で屈折して出てくるものとします。虹の原理と同じように、光の色によって屈折する角度が異なるため、赤色の光がくる方向の空か赤色に、紫色の光がくる方向の空か紫色に色づき、逆さまの虹のように見えます。

(8)[図3]で観測される「逆さ虹」としてもっとも適切なものを、次のア~エの中から1つ選び、記号で答えなさい。ただし、次の図は観測者が太陽に正面を向いたものとします。

【解説と解答】
(1) 水面の上にいるように見えるのは、光が全反射したからです。
(答え)ア
(2) 光の屈折ですから、ストローは折れ曲がって短く見え、コインは浅い位置に見えます。
(答え)エ
(3) 空気からガラス、ガラスから空気ともに紫の方が良く曲がります。
(答え)エ
(4)虹は外側から赤・橙・黃・緑・青・藍・紫と並びます。
(答え)ウ
(5)三角プリズムとも言います。戻すので左の位置と線対象の状態におきます。
(答え)名称プリズム 向き ウ
(6)点線の方が大きく曲がっているものを選びます。
(答え)エ
(7)南中高度の高い夏の正午は一番太陽高度が高いので、角度がつきにくいから虹は見えにくくなります。
(答え)イ
(8)太陽と反対方向に、赤が下に見えます。
(答え)イ

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