markdown
スネルの法則の基本md c222ab8
lecture/physics/optics/snell-law-basics.lecture.n.md
Download PDF

スネルの法則ほうそく基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_b3126d60e81f0c5b651978cd77911f3fdescriptionスネルの法則を屈折率と光速の関係から定義し、ホイヘンスの原理による導出と全反射の判定を証明する講義である。prerequisites反射と屈折 / ホイヘンスの原理の基本 / 三角関数type講義statusactiverelateddata/lecture/physics/optics/reflection-and-refraction.lecture.n.md / data/lecture/physics/optics/light-and-lenses.lecture.n.md
physicsopticssnell-lawlecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、スネルの法則ほうそくを「屈折くっせつ公式こうしき」としてではなく、媒質ばいしつわるとひかりはやさがわることの結果けっかとして解説かいせつする。

ひかりはやさがおそ媒質ばいしつはいると法線側ほうせんがわがる。このがりかた定量化ていりょうかしたものがスネルの法則ほうそくである。

2用語ようご定義ていぎ

屈折率くっせつりつrefractive index n とは、真空中しんくうちゅう光速こうそく c媒質中ばいしつちゅう光速こうそく vであり、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]n=cv

定義ていぎする。

3法則ほうそく:スネルの法則ほうそく

媒質ばいしつ 1 から媒質ばいしつ 2 へひかりすすむとき、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]n1sinθ1=n2sinθ2

である。

4法則ほうそく 1:スネルの法則ほうそくはやさのから

媒質ばいしつ 1 でのはやさを v1媒質ばいしつ 2 でのはやさを v2 とすると、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]sinθ1v1=sinθ2v2

である。これは n=c/v によりスネルの法則ほうそく同値どうちである。

4.1証明しょうめい

境界きょうかいななめに入射にゅうしゃする平面波へいめんはかんがえる。波面はめんはし Aさき境界きょうかいとどき、べつはし B時間じかん Δt あと境界きょうかいとどくとする。

この時間じかんに、媒質ばいしつ 1 では波面はめん

v1Δt

だけすすむ。媒質ばいしつ 2 では、A から二次波にじは

v2Δt

だけひろがる。

幾何きかから、境界上きょうかいじょうおなながLたいして

sinθ1=v1ΔtL,sinθ2=v2ΔtL

である。したがって

sinθ1v1=ΔtL=sinθ2v2

る。

n=c/v だから v=c/n である。これを代入だいにゅうすると

sinθ1c/n1=sinθ2c/n2

すなわち

n1sinθ1=n2sinθ2

である。

5整理せいり 2:屈折率くっせつりつおおきい媒質ばいしつではひかりおそ

n2>n1 なら v2<v1 である。

5.1証明しょうめい

屈折率くっせつりつ定義ていぎ

n=cv

である。したがって

v=cn

である。c>0 なので、nおおきいほど vちいさい。よって n2>n1 なら

v2=cn2<cn1=v1

である。

6整理せいり 3:平行平板へいこうへいばんとおひかり出射後しゅっしゃごもときと平行へいこうになる

平行へいこうな 2 つのめんをもつ透明板とうめいばんとおひかりは、入射前にゅうしゃまえ出射後しゅっしゃご平行へいこうになる。

6.1証明しょうめい

空気くうき屈折率くっせつりつn1いた屈折率くっせつりつn2 とする。だい 1 めん

n1sinθ1=n2sinθ2

である。だい 2 めんだい 1 めん平行へいこうなので、板内ばんないでの入射角にゅうしゃかくおなθ2 である。だい 2 めん

n2sinθ2=n1sinθ3

である。2 つのしきより

n1sinθ1=n1sinθ3

である。n1>0 だから

sinθ1=sinθ3

である。0 から 90範囲はんいでは

θ1=θ3

である。したがって出射光しゅっしゃこう入射光にゅうしゃこう平行へいこうである。

7見分みわかた

  • 屈折くっせつ角度かくどもとめるなら n1sinθ1=n2sinθ2
  • nおおきいほどひかりおそい。
  • 法線側ほうせんがわがるかどうかは、はいさきnる。

8最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]n=cv
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]n1sinθ1=n2sinθ2

9一言ひとこと

スネルの法則ほうそくは、ひかりはやさが媒質ばいしつわることを角度かくどしきにしたものである。

raw .n.md をコピー
loc をコピー (filepath:line ~ line)
copy share link
copy encoded share link
path をコピー
copy share link
copy encoded share link
copy share link
copy encoded share link
タブを全て閉じる