日本財団，Ｂ＆Ｇ財団助成事業
なつやすみ教室＜目で見る光の科学実験＞
講師： 香川 喜一郎 （NPO ふくい科学学園安芸高田支部）
開催期日： 令和４年 8 月 5 日（１３：００～１４：５０）
8 月 8 日（ ９：１０～１０：５０）

太陽光線が作る影（かげ）（左上）、レーザー光線を使って全反射（ぜんはんしゃ）（右上）
草むらに水をまいて作る虹（左下）、CD 分光器で蛍光灯（けいこうとう）の光スペクトル（右下）

お家の方へお願い：お家で児童がテキストを読むとき、読めない漢字があれば教えてあげてください！実験も見てあげてください！

名前1じっけん

こうげん

ようきじゅんび

１．実験に使う光源と容器を準備
はくしょくへいこうこうせん

・光の実験をするための細い白 色 平行光線を作りましょう。白い紙（スクリーン）に光をあて確かめます。
ひつようおうとり

つとつはず

し ほう・必要に応じて LED ヘッドライトの先に取り付けた凸レンズとしぼりを外して、四方に広がる光源としても使います。

LED ヘッドライト（100 円）、ルーペ凸レンズ

ルーペ凸レンズをヘッドライトの先に取り付け
はくしょくへいこうこうせん

したじ

細い白 色 平行光線を取り出す（長さ：約１０ｃｍ）（１０0 円）、しぼり（黒の下敷きに穴あけ）

ルーペ、3 倍細い白色平行光線
単４電池，3 本

LED 光源しぼりにゅうしゅ

かくがた

・100 円ショップで入 手 した角型プラスチックの容器のそくめん

１つの側面に黒い紙をセロテープではってください。
・黒の紙をはるのは、光線を見やすくするためです。

光のすじを見る
かくがた

せんこう

けむりと・角型プラスチック容器に線香の 煙 を入れ、ふたを閉じます。その中にレーザー光線（赤いレーザーポインター）2

角型プラ容器に黒の紙をはるすじ

かんさつを通し光の筋を観察します。
かくがた

ぎゅうにゅうすう てき・角型プラスチックに水を入れ、それに 牛 乳 をわずか数滴入れ水をわずかに白くしてレーザー光線を通します。この場合も光の筋がはっきりと見えます。
・見る方向によって光の筋の見え方は変わります。光が向かって来る方向から見るとよりはっきりします。
へや・次に上で作った白色平行光線を通してみます。部屋は少し暗くしてください。

けむり

白色平行光線を煙の中を通す

レーザー光線を 煙 の中を通す

てんこうげん

しほうひろ

かんさつ

２．点光源から四方に広がる光線を観察
・LED ヘッドライトの先に取り付けた凸レンズを外します。小さな LED から出る光は、まっすぐ四方
けむりばこ

せんこう

かくがたにひろがっています。 煙 箱（2ℓの大きなペットボトルに線香の煙を入れる）や白い水を入れた角型プラ容器を使って観察しましょう。
ほしがたおけん・黒の紙を左下のような星形に切って、これをヘッドライト光源と煙箱の間に置きます。剣（かたな）つおもしろが突き出た様な面白い形ができます。角型プラ容器に入れた白い水でも見えます。

3 cm

りったい ず け い もよう

黒い紙を星形に切り抜く

光が作る面白い立体図形模様

かくだい・黒の紙に自分の好きな図形を書き、カッターで切り取り、その図形を暗い部屋でスクリーンに映してみましょう（右上の写真）。
3うつ切り絵を拡大して映す

いんさつ

とうめい

・文字などが印刷された透明シートを広がる光線で照らします。文字が拡大して映し出されます。
このような実験から、小さな光源から四方にまっすぐに光線が出ていることをそうぞう

イメージ（想像）してください。
はっぽう＊たけひご（細い竹の棒）を発泡スチロールにさして、光線をイメージ・物体として定規（ものさし）を置き、スクリーンに映った目もりの長さを定規ではかってみましょう。１ｃｍのめもりが何倍になって映っているか調べてみましょう。

みちかせつめい３．月の満ち欠けの説明
へ んかげんしょう

り ゆう

・月の形は毎日変化します。しかしその現 象 がおこる理由を頭のなかり かい

かんたんではっきりと理解するのは簡単ではないようです。小学校の教科
さんこうしょ

書や参考書には、右のような図がのっています。
じっさいげんしょう・実際に起こる 現象 を２次元の紙の上に表すために、理解しにくい
ちょくしん

かんけいのだと思います。これは光の直 進 に関係した現象なのです。

自由自在、小学高学年 理科（受験研究社）より

かんたん

以下の 3 つの点を考えると月の満ち欠けが簡単に説明できます。
ま っ く らじんこうえいせい

ぶったい(１)宇宙は真っ暗であって、月や人工衛星など物体があるとその物体は太陽光を受け明るく光る。
じゅうぶんえんぽう

たまはんきゅう ぶ ぶ ん

かがや(２)太陽は十 分 遠方にあり、ほぼ平行光線である。平行光が球（月）にあたり半 球 部分が 輝 く。
ま わり

きどう

ま わっ

(３)月は地球の回りを、円に近い軌道で回っている(太陽は動かない)。半球に輝いている月をどの方向から眺（なが）めるかで、月の形が変わる。
あかげ

・光線が球に当たった場合に、明るくなる部分と影になる部分を考えてみましょう。
明るい部分

明るい部分

かげ

平行光線で照らされる球て点光源からの光で照らされる白い球（半球部分のみが明るい）

はな

点光源と球を離すと光る部分が半球に近づく

4かげあんしつ

あか・暗室の中で、LED ライトと白い球を持って、どの部分が明 るくてらされるか実験してみましょう。
はな

LED ライトを球から大きく離すと、球のほぼ半球部分がてらされることがわかります。
い月

ち かんけい太陽光、月、地球の３つの位置関係

太陽光線

で、見る月の形は決まります。
地球上は夜で太陽光はあたりませんが、月には太陽光があたっています。

夜

昼

月の形は決まる４．影（かげ）

白くぬった半球を使っての月の満ち欠けを説明

ちょくしんせいげんしょう

・影も光の直 進 性 に関係した現 象 です。にちじょう

たいけん

ちゅうい

影は日 常 どこでも体験できるので、これから、いつでも注意して観察するようにしましょう。
・影をみたら、それを作っている光源、物体、またその間の距離などを確かめてください。
・豆電球（または LED ライト）が１個の場合、スクリー

物体の影をスクリーン（白い紙）に映しましょう。

約３０ｃｍ

ン

Q: 豆電球（または LED ライト）と物体の距離を変化させると影の形 はどのようにかわりますか？
・次に豆電球（または LED ライト）を２個置いて、手の形豆電球
LED

物体がつくる影の様子を観察してください。
かんかく

また、豆電球（または LED）の間隔を変え（２つの LED を近づけたり、離したり）影がどうなるか調べてください。

LED・ LED にかえて、広がりのある大きな光源を用いた場合、物体の影がどうなりますか？
また、なぜそうなったか考えましょう？

5

かげ（大きな光源でも、１ｍぐらい物体から離すと影がはっきりしてきます。）
・各グループが持っている LED を一か所に集めて、それで影を作ってみましょう。
（広がりのある光源は、小さな豆電球がたくさん集まっていると考えることができます）。
おもしろ

さつえい

面白い影の現象をスマホやタブレットで撮影し、写真として残しましょう。

影と物体、また、その影を作る光源の関

夕方の太陽光はななめにてらしま

橋の影：この影から太陽光は平行光線

係を注意深く観察しましょうす。
、影はとても長くなります。

であることが分かります

影（かげ）を用いて白熱電球（はくねつでんきゅう）の内部（ないぶ）を見る
つうじょう

・白熱電球の外側は 通常 はスリガラスが使われています。そうでないとフィラメントがぎらぎらと光りふしぎ眩（まぶ）しいからです。その電球にレーザー光線をあて、暗い所で観察します。あら不思議！中のフィラメントが影として見えます！（スリガラスにあたった光は四方にまっすぐ広がる光線となります）

レーザー光

中の見えない電球にレーザーポ日立の電球

パナソニックの電球

インターをあてる光線
くっせつ

ぶっしつこうせん

５．光の屈折（物質に入るとまがる光線）

空気・光線は空気中（真空中も）をまっすぐ進みます。

水

しかし光線が空気中からガラスや水などの物質に入るとき、きょうかい

まがちょくしん

その境 界 （さかい目）で光線は曲がります。まがったあとはまた物質中を 直進 します。
6【注意】光が曲がるのは物質に入ると光が進む速度が少しおそくなるからです。しかし、これについては、
き か いまたの機会に説明することにします。
・ 光線が空気中から物質に入るとき光線は曲がりますが、逆に物質から空気中に光線が出るときも光線はまがります。
くっせつ

プラスチックのコップを使った光の屈折・全反射の実験
・水をコップの７分目まで入れます。数てきの牛乳をいれ、水をわずかに白くにごらせます。
実験教室では 100 円ショップの角型プラ

Laser Pointer
レーザーポインタースチック容器を使います

せんこう

線香のけむりプラスチックのコップ

smoke
LED と凸レンズを組合わせて作った白色平行光線も使います。
Laser PointerLaser Pointer・レーザーポインターをななめ上から入れて、光線が曲がる様子を観察しましょう。
か くど

・次にななめ下からレーザー光線を入れてみてください。ななめの角度をかえると、ある角度でレーザーはんしゃ

ぜんはんしゃ光線が水面で全部反射するところがあります。この光が全部反射する現象を“全反射”といいます。

角型プラ容器に白い水を入れ、はくしょくへいこうこうせん

ななめ下方向からレーザー全部の光が水面で反射して、水の光線を水の中に入れる。

中にもどっている（全反射）。
7

水とのさかいで光線が曲がって出る。一部は反射。

白 色 平行光線を通してみる。

お家では、プラコップと 100 円ショップの角型容器の両方で実験してください！ 線香を使う実験はおうちの方と一緒にしてください！

６．光ファイバーのしくみ
すうてき・光ファイバーの仕組（しくみ）みを理解するために、角型プラ容器に水を入れ、数滴の牛乳を加えてわずかに白くにごらせます。横からレーザーポインターの光を入れてみましょう。
・小さいペットボトルを使ってもやってみましょう。

水の深さ：約 3 cm,2 cm, 1cm と変化

rse
Larse
La

光ファイバーの仕組みを理解する実験

ぼう・プラスチックの棒にレーザーポインターの光を入れてみましよう。
ぜんはんしゃ光はプラスチック の中を全反射しながら進みます--。
・LED 光源からの光を細いプラスチックの棒やファイバーに入れてみましょう。
あ んかにゅうしゅ・最近は、光ファイバーを利用した光のインテリアが安価に入 手 できます。右下は１００円ショップで
こうにゅう

そうしょくひん

購 入 した光の 装飾品 （インテリア）です。

煙箱の中の容器に入った水にレーザー

１００円ショップで購入した光ファイポインターの光を入れる

バーを使ったインテリア
8

７．光の色分散
ちょうかくそくめん・ 頂角 が６０度のガラスプリズムを置き、ガラスプリズムの側面からスリット状の白色平行光線を入れ、
よ うす

かんさつ

ガラスプリズムから出た光が色に分かれていく様子を観察しましょう（合同実験）。
う つし・ガラスプリズムから２～３ｍ離した場所に白い紙をスクリーンとして置き、その紙に色を映します。
くっせつ

か くどこと赤、だいだい、黄色、黄緑、緑、青、紫と、色によってガラスで屈折する角度が異なるために、わ

はくしょくこうふくこのように色が分かれます。この光は白 色 光 に含まれていたものです。
はいれつ・７色に分かれた光の配列を“光のスペクトル”といいます。スクリーンにうつる“光のスペクトル”をよく鑑賞（かんしょう）しましょう。

お目を置けば、色が感じられます！
角型プラ容器のコーナーを 90 度水プリズムとして使います
ちょうかくな いぶ・頂 角 が９０度のガラスプリズムにすると、ガラスの内部でぜんはんしゃ

主虹

たし

全反射がおこり、光は出てこないことを確かめましょう。
副虹・頂角が６０度の水プリズムに変えスペクトルを観察しましょう。
・次に、頂角が９０度の水プリズムに変えましょう。
水の場合、頂角が９０度の方がよく色が分かれます。
・白色平行光線をななめから頂角９０度の水プリズムに入れ、水プリズムから出た光がどのように色に分かれていくか、白い紙をあてて観察しましょう。
主虹

あらわれ・光のスペクトルが現れている位置に、顔を置き、秋の夕方、小雨のあと東の空に現れた

自分の目で色を感じてみましょう。

しゅ にじ

ふくにじ

主虹と副虹

9８．虹のしくみ
しぜんかい

あらわ

げんしょう

うつく・虹（にじ）は自然界で 現 れる光の現 象 の中でもっとも 美 しいものです。しかし、いつでも虹が現れる
すいてきのこ

ちょくせつ

わけではありません。雨がふって空中に水滴が残っており、そこに直 接 太陽光があたることが必要です。
う し ろ がわ

じょうけん

だ いじ

さらにその虹の後ろ側の条 件 も大事です。
・虹には、主虹（しゅにじ）と副虹（ふくにじ）があることも知ってください。主虹は良く見ますが、かくりつじゅんじょぎゃく

副虹が見える確率はあまり高くありません。また、副虹の色の順 序 は主虹の場合と 逆 になっています。
じょうけん＜虹が見えるための４つの 条 件 ＞
・以下に虹が見えるために必要な４つの条件を書きます。これをしっかり覚えてください。そして、みたし次に虹を見るとき、この４つの条件を満たしているか、いつも確かめてください。
しゅうだん

１）空気中に小さな水滴の集 団 があること（大きな水の玉はすぐに落下します）
２）太陽のような、白色平行光線が水滴にあたること
３）白色平行光線と、水滴と観察者の目の位置をむすぶ直線が、およそ４２度の角度をなしていることはいけい

４）虹の後ろ側（背景）が暗いこと

背景（はいけい）
が
暗
いこと

副虹

51°

主虹
42°

じょうけん

あんがい

１、２、３の条 件 は良く知られていますが、４の条件は案外気づかれていないものです。
すいてき

わりあい

・虹は水滴の球の中で反射して出てくる光線です。球の表面での反射の割合はわずかですから（大部分
はいけいの光は水滴をつきぬけます）、背景が明るいと、我々の目には虹があっても見えないのです。
10

水をまいて作った主虹と副虹

くもの巣に水滴をつけたときの虹
きりふ・野外でくもの巣をみつけ、それに太陽光があたっていたら、霧吹きで水をかけ、虹を作ってみましょう。とうめいたい

はくしょくへいこうこうせん

球状の透明体に 白 色 平行光線があたるとき
きゅうじょうよ うき・ 球 状 のガラス容器に水を入れ、白色平行光をあてると、はねかえってくる方向で、場所によって７色がきれいに現れているところがあります。この色に分かれるしくみは、プリズムの場合と少しことなります。
（注意：あたった光の大部分は容器をつきぬけていること、後ろがわに反射してはねかえってくる光の量はわずかであることを確認してください）

球状のガラス容
えんちゅう

器や、円 柱 の容器に水を入れ、白色平行光線をあてて、7 色に分かれることを確かめます

・球状のガラス容器にかわって円筒状のガラス容器に水を入れたときは、水平面の位置に７色が現れます。これは、球状の場合に現れる円の一部を切った形をしています。
11

・虹の場合に色が分かれるのは、球状の部分に白色平行光線があたるためにおこるものであり、プリズムで色が分かれる仕組みとは少し異なります。
はし

うちがわまった

はくしょく

・光線の端に現れるはっきり色が分かれている場所の内側は、 全 く色の分かれない白 色 の光が来ていることに注意してください。この端（はし）に現れる色に分かれた光線は広がることなくまっすぐ進みお
た がい

まにんしき

互いに混じることはありません。だから７色として我々の目で認識できるのです。
・球にあたる白色平行光線の光のたばのうちの１本の光線のみが広がらない光線となり、他の光線はみな球を出たあと広がってしまいます。そのような広がった光は弱く、我々の目には感じません。一番はしわ す れの光線のみが虹の色として見えることを忘れないで下さい。
・円柱の容器（または試験管）に水を入れ、白色平行光源をあて、スクリーン（白い紙）の上に色がでる様子を観察しましょう。

スクリーン

虹のしくみを理解するための実験水を入れた円柱容器（試験管）、お家で 500 mℓ のペットボト７色が見えるルを使ってやってみましょう
白色平行光線

・7 色の色が出ている場合は、その色の光線は広がっていないのです。だから離れた位置からみても、色として確認できるのです。
かいせつ こうし

９．白色光を回折格子にあて色に分ける
わ

かいせつ こ う し・光を７色に分けるのに、上ではプリズムを使いました。プリズムに変わって、“回折格子” （“グレーティング”ともいう）を使っても光を色に分けることができます。
きんぞくひょうめん

みぞきそくてき“回折格子”は、金属 表 面 に細かい溝を規則的に作った（１ｍｍに何百本）ものです。音楽を記録する
はいれつ

CD の表面も、規則的な細かい溝の配列になっているので、“回折格子”と同じような働きをして、光を色に分けることができます。
1250~100cm

台の上に固定・まず、非常に高価な（数万円）“回折格子”に、白色平行光線を当て、光が７色に分かれるのを観察しましょう。白い紙のスクリーンには、美しい“光のスペクトル”が映し出されます。この場合、プリズムの場合とは異なり、色の配列は複数現れます（場合によっては３つ）。第１の配列は明るく、第 2、第３となるにつれ明るさは暗くなります。
・つぎに、CD の外側に白色平行光線を当ててみましょう。少し、円形にひずんだ形になりますが、そたくさんみぞれでも７色が現れます。
CD の表面にある沢山の溝がかいせつ こ う し回折格子として働いていることが分かります。
い どう

・鏡を使って太陽光を少し暗い場所に移動しそこで、CD の表面に当ててみます。太陽光（ほぼあざ

鏡で太陽光を暗い場所に導き、CD 表面平行光線）が鮮やかな七色に分かれます。

しょうしゃに 照 射する。
けいこうとうとりつ・蛍光灯に取り付けたスリットを“CD 回折格子” を通して観察しましょう。蛍光灯に取り付けたスリットの長い方向と、CD の溝の方向は平行になるようにして目の近くにおきます。スリットの像を CD 表面で反射して見るようにながめると、鏡のように反射してピカット見えるところがあります。そこから少し目をずらすと、７色のスペクトルが見えます。

13CD（マスクをかける）

蛍光灯
ＣＤで反射してみた
スリットの像

目でみるスリット

スリットの一部を指でかくして見てください！
かんい

ぶんこうき

せいさく

簡易ＣＤ分光器の製作

１次のスペクトル

光源からの光CDD

遮光板

２次のスペクトル

２ 次 の ス ペ クト ル を見るとき目を左にふる

かんかく

スリット間隔約 1mm

スリット

はんばい

100 円ショップで販売してる箱を使ってカットした CD を木片に貼り付け、箱の簡易 CD 分光器を作る

底に両 面 テープで固定する。

もくへん

そこ

14

りょうめん てこ ていはつか こうぜんめん・スライドガラスにスリット（すでに黒い紙に加工ずみ）をはり、そのスライドガラスを箱の前面には黒ビニール テープで貼り付けてください。
もくへん

こ てい

・CD を適当な大きさにカットしてあります。 それを木片に固定してください。
は

りょうめん

・CD を貼った木片を両 面 テープで箱の底に固定します。固定する場所はしるしがしてあります。
・スリットから入った光がＣＤにあたりそして目に入るのですから、“光源”、“スリット”、は いち“ＣＤ”がほぼ一直線に配置されていなければなりません。

いろいろな光源のスペクトル
コーナーをまわって、テキストを見ながら、光源のスペクトルを観察して下さい。
はくしょくでんきゅう①白 色 電 球 のスペクトル

けいこうとう②蛍光灯のスペクトル

すいぎん とうさっきん とう③水銀灯（殺菌灯）のスペクトル15

④白色 LED のスペクトル

目で見ると蛍光灯とく べ つ

白色 LED は区別できませんが、光スペクトルではちがいがあります！

・簡易分光器の出口（目を置くところ）に、スマホやタブレットのカメラレンズをうまくあらわ

き ろくでき置けば、画面にスペクトルが 現 れ、それを記録することが出来ます。
こ ていく ふうかんいの・スマホや、タブレットがうまく固定できるように、工夫して簡易分光器とスマホやタブレットを乗せるて づく台を手作りしてみてください。

出口に目の代わりにスマホレンズを置くと、がめん

スマホ画面に光のスペクトルが現れるタブレット画面に記録した LED 光源のスペクトルさがきろく

・いろいろな光源を探して、そのスペクトルを記録してください！
じ ゆ う けんきゅう

自由 研 究 に使えるかも知れません。
・花火のスペクトルを観察するときは、十分注意して、いっしょお家の大人の方と一緒に行ってください

注意： 太陽光のスペクトルを見るとき、CD 分光器を直接太陽の方向に向けないでください！（空に向ければすぐに見えます）

16