光と音の予想問題5問——入射角・凸レンズ・音の速さの計算ミスを1問ずつ解説

答え：入射角も反射角も60°です

考え方：入射角・反射角は、鏡の面ではなく、鏡の面に垂直な線（法線）からはかった角度です。光の反射では、いつも入射角＝反射角になります（反射の法則）。

解き方：鏡の面と法線は90°をつくるので、入射角は 90 − 30 = 60 で60°。反射の法則から、反射角も60°です。

よくあるミス：問題文の30°をそのまま入射角と答えてしまうミスです。30°は「鏡の面との角度」なので、法線からの角度に直す必要があります。図をかいて、法線（点線）を必ず引いてから角度を読みましょう。

確かめ：鏡の面からの角度（30°）と法線からの角度（60°）を合わせると90°になります。入射角と反射角が同じ60°なら、反射の法則にも合っています。

答え：ウです

考え方：光が空気→水（ガラス）へ進むときは、屈折角＜入射角（境界面から離れるように曲がる）。水（ガラス）→空気へ進むときは、屈折角＞入射角になります。

解き方：アは「大きくなる」が誤り（小さくなる）。イは「小さくなる」が誤り（大きくなる）。エは、垂直に入る光は直進するので誤り。ウは全反射の説明で正しいです。答えはウ。

よくあるミス：① 空気→水 と 水→空気 で、角の大小を逆に覚えてしまうミス。「空気側の角のほうがいつも大きい」と覚えると、向きに関係なく判断できます。② 全反射は空気→水のときにも起きると思うミス。全反射が起きるのは水やガラスから空気へ進むときだけです。

確かめ：光ファイバーは、ガラスの中を進む光が全反射をくり返して遠くまで届くしくみです。水（ガラス）→空気の向きで全反射が起きる、というウの内容と合っています。

答え：レンズから20cmの位置で、像の大きさは物体と同じ、向きは上下左右が逆です

考え方：物体を焦点距離の2倍の位置に置くと、レンズの反対側の焦点距離の2倍の位置に、物体と同じ大きさの実像ができます。実像は物体と上下左右が逆向きです。

解き方：焦点距離10cmの2倍は20cmなので、物体は「焦点距離の2倍の位置」にあります。よって像はレンズから20cmの位置にでき、大きさは物体と同じ、向きは上下左右が逆です。

よくあるミス：① 焦点（10cm）の位置に像ができると答えるミス。焦点に像ができるのは、物体がとても遠くにあるときです。② 実像の向きを「上下だけ逆」と答えるミス。スクリーンにうつる実像は上下も左右も逆です。③ 物体を焦点より内側に置いたときの像（虚像・同じ向きで大きい）と混同するミス。

確かめ：作図で、物体の先から「レンズの中心を通る光（直進）」と「光軸に平行に進んで焦点を通る光」を引くと、レンズから20cmの位置で交わり、像の高さが物体と同じになります。

答え：およそ1360mです

考え方：光の速さは秒速約30万kmで、音に比べてとても速いので、光はほぼ一瞬で届くと考えます。音が届くまでの4秒間に、音が進んだ道のりが距離になります。

解き方：距離＝速さ×時間 なので、340 × 4 = 1360 で、およそ1360mです。

よくあるミス：① 340 ÷ 4 = 85 のように、わり算をしてしまうミス。「速さ×時間＝道のり」の式を書いてから数を入れましょう。② こだま（反射した音）の問題と同じように2でわってしまうミス。2でわるのは、音が行って帰ってくるときだけです。雷の音は片道なのでわりません。

確かめ：1360mを秒速340mでわると 1360 ÷ 340 = 4 で、4秒にもどります。答えの距離から時間を逆算すると、問題文の4秒と一致します。

答え：振動数は200Hzで、弦を短くすると音は高くなります

考え方：振動数は、1秒間に振動する回数で、単位はHz（ヘルツ）です。振動数が多いほど音は高くなります。モノコードでは、弦を短くする、強く張る、細くすると振動数が多くなり、高い音が出ます。

解き方：0.02秒で4回なので、1秒間の回数は、4回を0.02秒でわって200Hz。弦を短くすると振動数が多くなるので、音は高くなります。

よくあるミス：① 回数と時間をかけ算してしまうミス。「1秒あたり何回か」を求めるので、回数を時間でわります。② 音の高さと大きさを混同するミス。音の大きさは振幅（ふれはば）で決まり、弦を強くはじくと振幅が大きくなって大きな音になります。高さは振動数、大きさは振幅、と分けて覚えましょう。

確かめ：200Hzは1秒間に200回振動します。0.02秒は1秒の50分の1なので、その間の振動は200回の50分の1で4回になり、問題の条件と一致します。

鏡や境界面に垂直な線（法線）からはかります。鏡の面からの角度ではありません。反射では入射角と反射角がいつも等しくなります。

音の高さは振動数（1秒間に振動する回数）で決まり、振動数が多いほど高い音になります。音の大きさは振幅で決まり、振幅が大きいほど大きな音になります。

物体を焦点距離の2倍の位置に置いたときです。レンズの反対側の、焦点距離の2倍の位置に、上下左右が逆の同じ大きさの実像ができます。