愛媛県総合科学博物館研究報告，No．
４，７−１４，（１９９９）

科学実験教室実施報告「光から色を取り出そう」
久松洋

二＊



A working report of science class The observation of spectrum
Yoji HISAMATSU＊

The science class that aimed at a observation of visible light was reported. The class was constituted the experiments
make use of colored light. We suggested the one of styles for the science classes to appriciate the property of light.
Since the experiments contain the dispersion , Rayleigh scattering and the chromatic polarization of visible light , wesubstituted the chromatic light for the monochromatic light.

はじめに実験に際して，導入として光と色について先人達はど入射白色光からスペクトル光と透過色光を取りだすこうとらえたか，歴史的な話を行い，絵の具と光との混色とをテーマに科学実験教室を行った．一般的に光の性質の違いを実験した．そこで光の混色と白色との関係を示を調べる実験では，その本質を抽出するために，単色光唆した．講座の主な実験内容は，第１にプリズムによるを主に扱う．本講座では，受講者の対象年令から，光の分散，第２に回折格子による分光，第３に自然の色（散性質を第一原理からまとめあげることも，抽象的概念で乱と屈折），第４に複屈折と偏光である．

統一的に見直す必要もないので，受講者に親しみやすい

本講座は平成１０年１２月６日（日）に実施された．実施

ように，実験の結果に色が出ることを条件としてさまざ

時間は２時間，受講者は小学４年生から中学生が対象で，まな光の性質を取り扱った．内容的には光の性質でも，参加者は１９名．付録１にアンケートの集計結果を，付録

物理量や物理的性質を使わずに，実験方法とその結果の２に講座に用いた説明用のイラストの一部を記す．

セットにこだわり，包括的な説明をさけた．その理由は，第１に説明に必要な抽象概念やその名称自身に受講者が親しんでいないこと，第２にそのため実験結果から見える直感的な描像と抽象概念とのギャップを埋めるための説明が長くなること，第３に説明によって色を取り出した新鮮な感動が消されることを避けるためである．光をあてる，光に透かす，光を通すと色が見える，生まれる．
そこには何か理科的なメカニズムが隠れているらしい．
受講者にこのような意識を芽生えさせることが，本講座の目的である．
「色が見えるとはどういうことか．
」この疑問は，力学と同じくらい歴史的な理科の疑問にもかかわらず，受講者にとって答えを得る機会がほとんどなく，ともすれば美術の範疇に入れられがちである．しかし，本来色を写真１

講座実施風景実験内容

１導入

見ること自身に深い物理的考察を必要とする．本講座で講座のはじめに受講者の色に関する知識と意識を調べはそのメカニズムについてまで説明する余裕はないが，るために，絵の具と光の混色の違いを質問形式で実験し受講者に理科の実験の１つという意識を持たすことはでた．絵の具の実験では，教室のホワイトボードに薄模造きると考え，実験教室を構成した．そのため，光の性質紙を張り付けて，ポスターカラーを直接着色することでは全く前面に出さず，白色光から色のある光が出てくる実験した．まず青，赤，黄の三色を着色し，その後それことをテーマに実験を行った．

ぞれ２色，または３色混合することで何色になるか答え

愛媛県総合科学博物館 学芸課 科学技術研究科
Dept. of Science and Technology Ehime Pref. Science Museum＊

させ，実際にその場で混色し，結果を模造紙に着色した．
混色による色みの傾向は，さすがに学校の授業の経験からほぼ全員が正解した．
−７−

科学実験教室実施報告「光から色を取り出そう」

図２

プリズムによる分散の実験．凸レンズによる分散光をサラダ油を入れた水プリズムでさらに強調した．

次に，光の混色を行った．今回は白色光スポットライに霧吹きで水をかけ，３色のドットを観察した．白色の

トに赤，緑，青（以下Ｒ，Ｇ，Ｂ）のセロファン紙を張

光は色のついた光が含まれていることを印象づけ，分散り付けることで単色光を再現した．使用したスポットラの実験に移行した．

イトは７５Ｗのハロゲンライト，セロファン紙は市販されている通常のものを使用した．もっとも使用したセロフ

２連続光と分散ァン紙の色特性から完全な単色光は得られなかったが，自然光（太陽光）の白には，どのような色の光が含ま逆にそのことが後の分光の実験と繋がることからあえてれているか？このことが次のステップである．ふだん私使用した．少々色がずれていてもうまい混色によって白達が意識しない明るい光こそが，いつも見ている様々なを印象づけることはできる．

色の生みの親であるからだ．ただ，講座では，教室の窓光の混色について，受講者の中にはＲＧＢの３色混合の方角が悪く太陽光を直接実験に利用できないこと，まによって白が作りだされることを知る者はいたが，２色混た天候によって講座の内容が左右されることを考慮して，合について知っている者はいなかった．本講座では混色太陽光スペクトルによく似たスペクトルを持つスポットの表現やその関係ライト（２）を使用した．

について説明しなかったが，絵の（１）

具では多重に混色することで黒に近付くことに対して，実験は白色光をプリズムにとおし，プリズムから５メ光では白に近付くこと，そしてそもそも色が見えることートルほど離したところに設置したスクリーンに投影す自体，光の存在が不可欠であることに触れた．

る．プリズムには１５センチメートル角程度の水プリズム

また，ＲＧＢ混色が身近な技術であることを理解して（教材）にサラダ油を入れて使用した．サラダ油だとスもらうために，人の顔写真をコンピューターでＲＧＢ分

ペクトル全体が黄色を帯び，赤色の成分が強くなるが，解し，３色それぞれのＯＨＰシートを作成した．それを分光した虹色の色みは水よりはっきりするので，あえて白色光の前に置き，レンズで拡大させてスクリーンに映し使用した．また分散を十分大きくとりたいために，光源出し，３色重なった時に肌色が再現されることを確認しの前に凸レンズを取り付け，その分散光をプリズムでさた．（図１）その後，白画面にしたテレビのブラウン管らに強調した．（図２）

図１

ＯＨＰシートによるＲＧＢ混色の実験．

図３

凸レンズを使用して拡大した．

プリズムによる分散の実験で得られた虹色の円環．
外径は約１０００mm．グレーの部分が虹色を呈した部分．左右同じ順序で色が並ぶ．

−８−

久

図４

松洋

二

入浴剤による散乱の実験．この実験も凸レンズによる分散光を観察した．

円形に分散した光をプリズムにとおしても，巨大な虹光線のすぼみと広がりも観察できる．最終的に入浴剤が色の輪はできずに，鉛直軸で２分される同じ色配列の半完全に溶けると，白色の光束が観察できる．散乱させる

円虹が環状にできる．（図３）形はきれいとはいえないものがあってはじめて，光は眼に届くことを説明した．

が，受講生にスペクトルを観察してもらいたかったので，大きさを優先した．スクリーンまで近づいてもらい，ス３分光器の製作とスペクトルの観察ペクトルを間近に観察した結果を発表してもらった．受

白色光から色を取り出す道具として分光器を紹介して，講生のほとんどが青は分かっても藍色や紫色の色みに気簡単なものを実際に工作し，スペクトルの観察を行った．

づかず，暗い青色ということで片付けていた．同様のこ工作した分光器は，内側を黒く塗った箱にスリットを取とが後の空色実験でも起こる．

り付けたもので（図５），回折格子レプリカ越しにスリ

次にプリズムを水の入った水槽にかえて実験した．

ットからの光を観察する．数種類の光（表１）をそれぞ（図４）光線を横から見ても，そのままでは何もないよ

れ離して設置して，受講者が順番に観察していく．受講うに見える．一方で光線の先の壁には，凸レンズの分散者ははじめ漫然と見るだけだったが，スペクトル線の数により色のついた輪が映っている．水の中で光はどのよや色，位置に違いがあることを発見することで観察のコうにとおっているのか？それを見る実験である．光線をツを掴み，次々にスペクトルの差異を発見していった．

見るために水を白濁させる．粉末入浴剤を薬さじにほん

太陽光とろうそくの光は，全体の色の印象が違うのにスの少量とって，水に振りかけるように入れた．粉末は，ペクトルは同じに見えること，蛍光灯は太陽光と同じ色

細く短いフィラメントとして溶けながら沈んでいく．その印象があるにも関わらず，前者は線スペクトルの集まの様子はなかなか幻想的で受講者の目を奪った．受講生

りであること，今回使用したセロファンには赤以外に黄はそのうち，フィラメントの中に色を持つものがあるこ

色のスペクトルも含まれていること，同じ赤でも廊下にとを発見した．フィラメントが光線を通過すると，散乱設置している消火栓のランプでは赤の線スペクトルしかによる色光を楽しむことができる．また，色のついた光見えないことなどを口々に伝えてくれた．全員がひと通線の円筒が何重にも重なっている様子や凸レンズによるり観察した後，これら発見してくれた事柄をまとめ，スペクトルについて簡単に説明した．
表１

簡易分光器で観察した光の一覧

観 察 物

スペクトル

備考

１大陽灯

連続

部屋を暗くしたため大陽灯で代用した

２ロウソク

連続

光の色みは違ってもスペクトルは太陽と同じ

３蛍光灯

線

同じ虹色でも線スペクトルの集まり

４赤セロハン線

赤と黄色の線スペクトル

５水素放電

線

放電の色とスペクトルの色が違う

６消火栓赤ランプ 線

赤の線スペクトルのみ

４空色と虹
自然現象で白色光から色光が取り出される現象の例と
図５

簡易分光器．厚紙で製作．内面はつや消し黒で着色．下の窓に回して，空色（青空と夕焼け）と虹をあげて，教室でその折格子レプリカを張り付けた．組み立ては受講生による．

現象を実験で再現した．
−９−

科学実験教室実施報告「光から色を取り出そう」

図６

空色実験装置．この他に比較用に水だけの水槽と水を白濁させた水槽を用意した．底面６００×３００mm 程度の水槽に２００mm の深さまで水を入れた．牛乳量は左４．
５ml，右１．
５ml．水槽間は３５０mm．光源には減光フィルムを貼った．減光のため７００mm 光源を下げ，直径５０mm の穴に入射光をとおした．

空色実験

深いことではあるが，今回の講座ではレイリー散乱がテ水槽に水を入れ，牛乳をーマではないため，そのような構成をしなかった．実験

ごく少量混ぜることで実験した．（図６）水槽を１つに自身が少し地味であり，受講者に光の波動性と波長といすると，青と橙を同時につくり出すことが難しいため，う概念を直感的に理解させることが難しく，かつそのこ今回は２つの水槽を光線軸に並べて設置した．空色におとに拘泥することで講座のテンポを崩したくなかったこ

ける空気の厚みの差は，２つの水槽の牛乳濃度で表現する．とも理由にあげられる．

良く知られているように（３）

水槽の間隔を少しあけることで，光線の軸方向も観察できるようにした．結果的にこのことが，よりきれいな青虹実験を見せることになった．水槽の真横から見るより，光線虹色は見せても，空にかかるような形の虹を見せていに対して斜め前方から見る方が青色の強度が強いことがなかったので，次に虹を作る実験をした．屋外で水をま確認できた．色の対比のために水だけの水槽と光の当たいて虹を作ると，開放感も手伝って面白い実験ができるっていない白く濁した水槽も別個に用意した．また，夕が，天候に左右されることなどから別の方法を用いた．

日らしく見せるために，発光部が目立たないように減光

最近，理科教材で非常に細かいビーズに光を当てて虹をフィルムを光源に張り付けて使用した．

作るものがあるので（５），今回はそれを使用した．この実験の前に，青空と夕焼けでは，太陽からきた光の進

教材は，水と全く同じ原理で虹を作れ，かつビーズを見路が違うこと，光が通過する空気の厚さが違うことを，せることによって直感的に空で何が起こっているか理解（４）
空気の厚みの数値をあげて簡単に解説した．
水の量できる点が優れている．黒い紙を貼った板にスプレー糊と牛乳の濃度を空気の厚みと見立てることを説明して，を吹き付け，ビーズを敷くように張りつけることで簡単実験を開始した．に実験装置が作れることも魅力の一つである．

受講生にとって，青空の結果は少し分かりづらいよう

今回は１８００ミリ×９００ミリのベニヤ板に黒画用紙を貼であった．青いのか暗いのかが見分けられないようだ．って使用した．（図７）光の位置と強度を調節して，ア比較のために用意した２つの水槽も散乱光のために，多ーチ状の虹のほかに円環状の虹を作り，飛行機から見た少青みがかり，逆に比較参考になりにくかった．水槽の虹として紹介した．この教材の難点の一つでもあるが，間から光線の軸方向に観察すれば，光束の白と比較する

ビーズは薄い層なので，視線の角度が見える見えないをことで，光束の周りが青くなっていることを発見してくれ決めてしまう．このことを逆手にとって，板まで受講者た．逆に夕焼けと夕日は色が目立つために分かりやすく，を板に近づかせて，説明がちになる時間にメリハリを加こちらの評判は良かった．夕日を見た後，また手前の水えた．見えた受講者が見えないものを刺激して，一生懸槽に戻って直接光線を見ることで，吸収の厚みが大きい命見える位置をさがしているうちに屈折角度の重要性をことが色を変えることを納得する受講生の姿も見られた．

体感する．そこで，虹のできる仕組みをイラストを使っ水槽に向かって光線の軸方向に見る夕焼けと，斜横かて説明する．道ばたで見る虹は水蒸気層の厚さから，立ら見なければならない青空という実験結果から，色によってもしゃがんでも，虹を見ながら歩いても変わりなくって散乱光強度が違うことを説明した．虹の７色の順番見えるためあまり角度を意識しないが，散乱角は虹が見もままならない受講生に，色みと波長の長短をからめるえる機構の本質である．そこで薄い層で虹を見せ，虹がわけにはいかず，大雑把に赤や橙と青の傾向にとどめた．

できる仕組みを説明し，空の虹について，太陽光が平行そのため，昼間の太陽の色や牛乳を多く入れた水槽に淡光線であることや，虹を作る層が私達が移動できる距離

く緑色が呈色していたこと，そして白い光束について包よりずっと大きいこと，という順番で構成した．実験の括的な説明がつけられなかった．可視光の連続スペクト

時に受講者を集めたが，ビーズが目に入って角膜を気づルに関する波長と色みの関係をしっかり理解させたのち，ける危険性があるため，間近までは近付けなかったこと

レイリー散乱をいろいろ例を挙げて説明することは意味も付言しておく．

−１０−

久

図７

松洋

二

虹観察装置．１８００×９００mm のベニヤ板に黒画用紙を貼り，スプレー糊で虹ビーズを張り付けた．照明は上方からあてた．虹ビーズが目に入ると角膜を傷つける恐れがあるので，板の至近距離まで受講者が近づかないように注意した．

５複屈折と色最後に偏光板を使って透過色光を取り出す実験を行った．複屈折を使って偏光板で色を取り出す（６）のだが，受講生で偏光板を知っているものはほとんどいなく，サングラスの例（７）をだしてもあまり反応がなかった．そこで，まず偏光板を体験してもらいことにした．１人２枚ずつ小型の偏光シートを配り，自由に遊んでもらった．
ほどなく重ねてお互いの角度をかえると，光をとおしたりとおさなかったりする性質を発見した．ここでも，光の波動性には触れずに，受講生の発見した偏光シートの特性だけを強調して，受講生に廊下に出てもらった．当館の廊下は大きな窓ガラスが多く，偏光板で遊ぶには最
図８適の環境であるからだ．

セロハンの複屈折による呈色の実験．
５０mm 角の偏光板にセロハンテープを張り付け，その上にもう一枚偏光板を重まず，廊下の間接照明による照り返しを偏光シートでねて光に当てる．セロハンテープの厚みをかせぐために，ま消した．次に，強化ガラスに貼っているシートからの透ず梱包用のものを貼った．

過光が廊下に当たっている場所に行き，廊下に映っている虹色（８）を変化させたりした．また，廊下から駐車場り方を工夫しだした．偏光板の回転で色は変わるが，１が見えるため，偏光シート越しに車のフロントガラスを回転で得られる色は決まっている．どのような色が取り見せた．受講者ひとりひとり見ている色は違うのだが，だせるかは，セロテープの厚みに従って変わる．根気よ

全員フロントガラスの変わり様に歓声をあげた．偏光シ

く試すと，多くの色が見られることを発見する．厚みがートをまわすことを教えると，くるくる変わるフロント

色をきめるのであれば，セロテープを貼ってある偏光シガラスに釘付けになった．適当に時間をとって切り上げ，ートを少し斜に傾けたり，曲げてやることでも色が変わ受講生を教室に戻して，本来の実験を始めた．

ることを受講者は発見してゆく．そこで次の実験にうつ教室に戻ると，まずセロハンによる複屈折の実験を行った．

った．（図８）５０ミリ角の偏光シートにセロハンテープ

次は，光弾性（９）の実験で，この実験も簡単な実験教を適当に貼るように指示する．ふつうのセロハンテープ材が販売されている．透明なプラスチック製の試験材料

では少し薄く，何重にも重ねなければならないため，梱を偏光シートで挟んでやり，外から材料を摘んだり引ぱ包用の少し厚めのセロハンテープを１枚下に貼り，通常ったりして変型させる．変型させると材料の角などに虹のものをテープの厚みがなるべく不規則になるように貼色の筋が走るのが偏光シート越しに見える．（図９）

らせた．その後，もう１枚の偏光シートを重ねて蛍光灯

なぜ色が見えるのか，前の偏光シートの実験の類推かにかざすと，偏光板がステンドグラスのように見える．

ら受講生は簡単に答えてくれた．変型すると厚みが変わ

偏光シートをまわすと，幻想的にくるくる色が変わる．

るのだ．なぜ厚みが変わると色が出現するのか？それを何をするかが分かれば，受講生は次々にセロテープの貼解説することは，残念ながらできなかった．複屈折，位−１
１−科学実験教室実施報告「光から色を取り出そう」

相差，偏光，どれも抽象的で高度な概念だからだ．色を長い説明（それはしばしば退屈を伴うが）を希望するの取り出すという一連の実験の中では，厚みが変われば色か．逆にしっかり説明することで，受講者のうちの何人が変わるが精一杯である．この原理は偏光顕微鏡として，かは強い興味を持つかも知れない．両方ともくみとるこ

地学で頻繁に使わせており，きれいな石の写真を見てもとは難しい．光の性質全体というテーマと説明するにはらった．

少し抽象的な概念が多いことから，今回はこのようなスタイルを選んだ．実験の数は多かったが，時間が足りな

この実験で本講座の全実験が終了した，

かったわけではない．
白色光や単色光よりいろんな色を見る方が面白い．それも，いままで色がついてなかったのに，ちょっとした実験でいろんな色が出現する．この出現することが受講生を魅了したようである．透明な水に入れた白い入浴剤が７色の光の斑点を取り出す，グレーの板の前でちょっと首をひねると虹が浮かぶ，黒くあまり魅力的とはいいがたいシートが車のフロントガラスにつけた色，セロハ
ンテープを貼るたびに色が変わる．どれも実験の操作としては心踊るものとはいいがたいが，それゆえ次に待っているきれいな色の光という意外性が受講生に思わず歓声をあげさせたのであろう．「色はつけるもの」ではなく「抜き取る」ものであることをすこしでも受講生に感じてほしかったのである．
注（含む参考文献）（１）例えば
図９朝倉書店

光弾性による呈色の実験．市販の試料に力を加えて川上元郎

他編（１９８７） 「色彩の辞典」，参照（２）一部の教材メーカーで購入可能

偏光板に挟み込んで光にかざす．

（３）例えばまとめ

山田幸五郎（１９６６）「光学の知識」，

東京電気大学出版局，Ｐ３００ 参照「色の取り出し方」には多くの方法がある．その方法（４）朝と夕の色の違いについては触れていない

は，光の性質そのものであるからだ．それゆえ，実験に（５）一部の教材メーカーで購入可能は欲張りだすとキリがない．直接的ではないが，光の性（６）例えばファインマン

質の解説の一つの切り口だと言える．実験内容は２時間「ファインマン物理の講座にしては少し多すぎる印象も受ける．

照

一方で，ただ色光を見るということは実に変化に乏しレイトンサイズ（１９７１）

」，岩波書店，Ｐ８９−９２ 参（７）父親が車の運転をするときにかけていることを期待したが，分からなかったようだ

いことでもある．小学生に２時間，なるべく集中力を保ってもらう．そのために，少し忙しいくらいに実験をし（８）シートの貼りむらによるてもらう方法を選んだ．実際，受講生は２時間ものあい（９）例えばだ，ただ虹色を見ているだけなのだ．違うのは色ではな
く方法であるため，変化があるように感じてもらえた．
もちろん方法にこそ光の本質があるのだが，結果がすべて同じ実験を繰り返ししていたともいえるのだ．
さらに，実験量が多いために，実験がすべて見せ物的になったことも否めない．どの方法も掘り下げれば多くのことが語れるが，それをせずにさわりだけ見せた印象が強い．当然，各方法の有機的繋がりなど，微塵も伝わらなかったであろう．
実験で得られた結果の意味と広がりを受講者に解説することは，強いジレンマに苛まれるところである．はた
して受講者はどこまで求めるか．実験という経験と十分
−１２−

小田幸康

西田孝編（１９８５） 「光の科学」，朝倉書店，Ｐ１
２４−１
３９ 参照

久松洋

二付録１
当館では毎回，講座についてアンケートを行っている．本講座の集計結果の一部を下に記す．

ア ン ケ ー ト 集 計
講座について━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
タイトル

光から色を取り出そう

実 施

平成１０年１２月６日（日）

日

受講者数

１９人（定員２０人）

対小学校４年生〜中学生

象━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
受講者学年━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
小４

小５

小６

中１

中２中３

合計

７

４

５

１

２０

１９━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
受講回数━━━━━━━━━━━━━━━━━
１回目

２回目

３回目

４回以上

２

２

２

１３

━━━━━━━━━━━━━━━━━
説明はどうでしたか━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
分かりやすかった

まあまあ

むつかしかった１
３６０━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実験をしてみてどうでしたか━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
分かりやすかった

まあまあ

むつかしかった

５１２２━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
主な感想━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
いろんな色に見えて面白かった

家にかえって，またやってみたいです
きれいでした前に見て分からなかった展示の仕組みが分かって良かった━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━−１
３−

科学実験教室実施報告「光から色を取り出そう」

付録２

説明用イラスト
本講座での説明はイラストをＯＨＣでテレビモニタに映して行った．その原稿の一部を掲載する．

−１４−