Hu_Tiang戸田のホームページ

物理は物の科学です。しかし、多くの学校では受験問題を解くのに多くの時間をかけ、実験をする暇がないと言われます。
チョークだけで授業をしている学校がたくさんあるのが現状ではないでしょうか。
でもものを見せる姿勢があればいくらでも工夫することができるのではないでしょうか。
また、職業高校や、定時制高校では授業に集中してもらえない悩みもあるでしょう。
話だけでは乗ってこない生徒たちでも生徒実験や作業を取り入れるとひとが変わったように黙々と取り組んでくれるようになります。
同僚のN先生と一緒に開発してきた教材を紹介します。
またティームティーチングで生徒実験をすることにより、以前より生徒が意欲的に参加してくれるようになってきました。
このとき先生同士お互いに教えられることも多くあります。相手の授業でよいと思ったことはどんどん取り入れて真似をします。
そうすれば学校の中でいい教材がどんどん広がっていくのではないでしょうか。

【問題１】　洗面所の鏡の前に立ったら、鏡の中に自分の姿を頭の先から足の先まですべて映すことができるでしょうか。
鏡の中には自分の身長のちょうど半分しか、映すことができません。では全身を一度に映したいのですが、どのようにすればいいのでしょう。

そうです。大きな姿見の鏡を買えばいいのです。
姿見の鏡を買わずに洗面所の鏡から後ろに遠ざかればいいのではないでしょうか。
全身を映すには鏡の高さはどのくらいまで必要でしょうか。
図のように、頭の先から出て鏡で反射し、ちょうど目に入る光線について考えてみましょう。
光は普通空気中など一様な（　　　）中を進むときには（　　　）敵に進むが、
鏡などのように異なる（　　　）との境界に入射するとき、光の一部は反射します。

現在の鏡からの距離の何倍のところまで後退しなければならないでしょうか。

【予想】

【準備】 平面鏡　メジャー　工作紙または厚紙　セロハンテープ

【方法】

1. 一辺が22㎝の正方形の工作紙または厚紙の外側に図のように2ｃｍの幅で5ｃｍおきに色を塗り、縞模様を描きます。
   その外枠1ｃｍを残し、その中心部分A（20ｃｍ×20ｃｍ）を切り取ります。
   
2. Aの真ん中上部に覗くための穴を二つ間隔6ｃｍで開け、それが目となるような顔を描きます。
   それぞれ好きな顔を描くようにすると、実験をするとき喜ぶことでしょう。
   （時間がなければお面を描くのは宿題にしてもいいでしょう）
3. 外枠Bを鏡に貼り付けます。

【実験】

1. 実験の相手をする人に鏡を鉛直に持ってもらいます。
   図のように顔から鏡までの距離を50ｃｍとしたとき、枠Aに描いたお面を顔にぴったりとくっつけて穴から鏡を覗きます。
   枠Bの左下の角が外枠の縞模様がきちんと合うように位置を決めます。
   
2. 鏡に映るお面Aの姿を図中に描きましょう。このとき外側の枠A縞模様がどのように見えますか。 注意して描きましょう。
3. 顔から鏡までの距離を1.0ｍ、1.5ｍ、2.0ｍと変えて同じように実験してみましょう。結果はどうなったか書いてください。

【結果】

鏡の中の正方形Ａ（20ｃｍ×20ｃｍ）は、一辺が（　　　　　）cmの正方形に映っています。
正方形Ａ（20ｃｍ×20ｃｍ）が鏡に映るために必要な鏡の大きさはいくらでしょうか。

顔から鏡までの距離を1.0ｍ、1.5ｍ、2.0ｍと増やしていくとき必要となる鏡の大きさはどのように変化していくでしょうか。

普通鏡を覗き込んだとき、自分の後方にある遠くにあるものまでたくさんのものが映っていることは知っていますね。
しかし、自分の顔を映す場合のように、鏡から見ている目までの距離と、
鏡から映すものである顔までの距離が同じときにはいつでもこの実験のように不思議なことが起こるのです。

【問題２】　
では鏡の横幅はいくらあればいいのでしょうか。
両目の瞳の間隔が6cmの人が横幅14cm、縦20cmの自分の顔を見るための鏡の大きさとその位置を求めましょう。
このとき顔の像は顔から25cmの位置にできるようにします。
また簡単に考えられるように顔の凸凹は無視して平面として、作図しましょう。

【問題３】　
半透明な平面鏡を用いて光が反射する様子を作図し、虚像のできる位置を調べましょう。
次の図のように半透明な鏡の前にに鉛筆を立てたときに鉛筆の像はどこに見えるでしょうか?
鏡の後方で虚像の見える位置にもう一本の鉛筆を立ててみましょう。
二本目の鉛筆の位置はどこになっているでしょうか。
日本の鉛筆は鏡面に対して対称な位置にあることが確認できます。 作図と実験と比べてみましょう。 光が一点から出た光が鏡で反射する作図をしてみよう。
作図が出来たらレーザーポインターで作図の各光線の進む道を確かめてみましょう。

【問題４】　
二枚の平面鏡(半透明でもよい)直角に置いた時虚像はどこにできるでしょうか。
どのように光が進むか作図で調べてみましょう。

作図が出来たら、レーザーポインターで光線の作図を確かめましょう。

この原理を利用して互いに直角に置いた3枚の鏡を使うと結晶模型を８倍楽しむことができます。
自転車の後部にある赤い反射板にもこの原理が使われています。

月と地球の距離を測る道具として月面に置かれた反射板にもこの原理を利用しています。

【問題５】　
前後の平行な壁に向かい合わせて鏡が取り付けて
ある部屋の中では鏡にはどんな景色が映るのでしょうか。
これを実験で確かめるため、二枚のプラスチックの鏡を用意します。
一枚の鏡の真ん中には裏からのぞき込めるように穴を開けておきます。
この二枚のっ鏡向かい合わせてその間に地下鉄の切符を入れたときその穴から
切符はどのように見えるでしょうか。
【予想】
ア　表 イ　裏　ウ　両方 エ　その他

【問題６】　

【問題７】　
次の図のような場合鏡にはどのように映るでしょうか。鏡か半透明の鏡に映してみましょう。

なぜこのようなことが起こるのでしょうか。

光の反射の法則や図形の対称性を考える教材を作ってみました。cf.「立体万華鏡」勝野元薫
プラスチック製の鏡の裏側から削り加工します。

『いきいき物理わくわく実験 改訂版 １ ２ ３』日本評論社 『いきいき物理わくわく実験 改訂版 １ ２ ３』紹介ページ
『科学パズル第一集』田中実 カッパブックス 光文社
「生首が笑う」「空中浮揚」『先生はマジシャン』野呂茂樹 連合出版
「光の反射屈折レンズを作図上で実験する「胴なし人間」飯田洋治
「平面鏡による像の位置と大きさ」野呂茂樹 よせなべ物理サークルニュース 第214号
「立体万華鏡」勝野元薫 授業改革フェスティバル数学教育
『3Dボックス』K.K.アーテック
「迷宮の箱」今井健治 岐阜物理サークルニュース
『マドリッド手稿』レオナルド・ダ・ヴィンチ　岩波書店
「アナモルフォーシス」 K.K. アーテックひずみ絵
『魔法使いのあいうえお』『魔法使いのABC』
『高等学校 物理1A 』第一学習社