【高校物理】波動の定義・法則などのまとめ②！

光は波の性質を持つ (光波)。そのため光は反射や干渉など波が持つ性質を持つ。

光の反射は光が物体の表面に当たって跳ね返る現象である。光の反射では入射角と反射角は等しくなる（反射の法則）。

光の屈折とは、光が異なる媒質に進むときに速さが変わり、進む向きが変わる現象である。
入射角を $i$、屈折角を $r$とすると\(n_1 sin \theta _1=n_2 sin \theta _2\)成り立つ。

全反射とは、屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ進む光が、ある角度以上で境界面に当たると、すべて反射する現象である。このときの入射角を臨界角という。

散乱とは、光が微粒子などによってさまざまな方向に広がる現象である。空が青く見えるのはこのためで、太陽の光が大気中の小さな粒子に当たり、青い光が他の色よりも強く散乱されるため、空全体が青く見える。

分散とは、光の波長によって屈折率が異なるため、白色光が色ごとに分かれる現象である。虹ができる仕組みもこれで、太陽の白い光は実は色々な色の光が混ざっており、雨粒がプリズムの役割をして、光を色ごとに分けることで空に虹が現れる。

ドップラー効果とは、波源や観測者が動くときに、観測される波の振動数が変化する現象である。近づくと振動数が高くなり、遠ざかると低くなる。

　例えば、救急車が近づいてくるとき、サイレンの音は高く聞こえるが、通り過ぎると音が低くなる。これは、救急車が近づくと音の波が圧縮されて周波数が高くなり、遠ざかると波が伸びて周波数が低くなるためである。

　ほかには、星や銀河が私たちから遠ざかると、その光は赤く見える。これは光の波長が伸びて赤い側にシフトするためで「赤方偏移」と呼ばれ、逆に近づくと青い側にシフトし、「青方偏移」という。

回折格子は、光の干渉を利用して、光の波長や色を分析するための装置である。通常、非常に細かい溝や線が平行に彫られた板のことを指す。この格子に光を当てると、光は格子の溝や線によって散乱し、干渉が生じます。

明線の条件は、格子間隔を $d$、回折角を $\theta$ とすると $d\sin\theta = m\lambda$である。

レンズは、光を屈折させて集めたり広げたりするための透明な素材でできた曲面を持つ道具である。レンズには光を一点に集める凸レンズと、光を広げる凹レンズがある。凸レンズは中央が厚く、光を通すと光線が一点に集まる。これを焦点と呼ぶ。凹レンズは中央が薄く、光を通すと光線が外側に広がる。レンズとしては下記の関係式が成り立つ。

(レンズの公式（結合の条件）)
$$\frac{1}{f}=\frac{1}{a}+\frac{1}{b}$$​

(倍率（像の大きさの関係）)
$$m=\frac{b}{a}$$​

(像の高さと倍率の関係)
$$m=\frac{h′}{h}$$​

\(f\)：焦点距離、\(a\)：物体までの距離、\(b\)：像までの距離、\(m\)：倍率、\(h\)：物体の高さ、\(h′\)：像の高さ