第15章光Light原書 p.473–494
Chapter Review章のまとめ
Concept Items概念の問題
15.1 The Electromagnetic Spectrum 1Use the concepts on which Maxwell’s equations are based to explain why a compass needle is deflected when the compass is brought near a wire that is carrying an electric current.
15.1 電磁スペクトル 1電流が流れている導線に方位磁針を近づけると針が振れる理由を、マクスウェルの方程式の土台にある考えを使って説明せよ。
a. The charges in the compass needle and the charges in the electric current have interacting electric fields, causing the needle to deflect.b. The electric field from the moving charges in the current interacts with the magnetic field of the compass needle, causing the needle to deflect.c. The magnetic field from the moving charges in the current interacts with the electric field of the compass needle,
a. 方位磁針の針の電荷と電流の電荷の電場が作用し合い、針を振れさせる。b. 電流の中の動く電荷が作る電場が、方位磁針の針の磁場と作用し合い、針を振れさせる。c. 電流の中の動く電荷が作る磁場が、方位磁針の針の電場と作用し合い、
lux unit of measure for illuminance
ルクス 照度の単位。1 lx = 1 lm/m²。
magnetic field the directional lines around a magnetic material that indicates the direction and magnitude of the magnetic force
磁場 磁石や電流のまわりに生じ、磁気的な力の働きを記述する場。
Maxwell’s equations equations that describe the interrelationship between electric and magnetic fields, and how these fields combine to form electromagnetic radiation
マクスウェル方程式 電場と磁場の関係を記述する方程式群。電磁波の存在も導く。
polarized light light whose electric field component vibrates in a specific plane
偏光 電場の振動方向に一定の規則性がある光。ここで扱う直線偏光では、振動方向が一定の平面内にある。
15.2 The Behavior of Electromagnetic Radiation15.2 電磁放射のふるまい
• EM radiation travels at different speeds in different media, produces colors on thin films, and can be polarized to oscillate in only one direction.• Calculations can be based on the relationship among the speed, frequency, and wavelength of light, and on the relationship among luminous flux, illuminance, and distance.
・電磁放射は媒質ごとに違う速さで進み、薄膜に色を作り、一つの向きにだけ振動するよう偏らせられる。・光の速さ・振動数・波長の関係、および光束・照度・距離の関係にもとづいて計算ができる。
causing the needle to deflect. d. The moving charges in the current produce a magnetic field that interacts with the compass needle’s magnetic field, causing the needle to deflect.
針を振れさせる。 d. 電流の中の動く電荷が磁場を作り、それが方位磁針の針の磁場と作用し合って針を振れさせる。
2Consider these colors of light: yellow, blue, and red. PartA. Put these light waves in order according to wavelength, from shortest wavelength to longest wavelength. PartB. Put these light waves in order according to frequency, from lowest frequency to highest frequency.
2黄・青・赤の光を考える。A部——これらの光の波を波長の短いものから長いものへ並べよ。B部——これらの光の波を振動数の低いものから高いものへ並べよ。
a. wavelength: blue, yellow, red frequency: blue, yellow, redb. wavelength: red, yellow, blue
a. 波長:青、黄、赤 振動数:青、黄、赤b. 波長:赤、黄、青
frequency: red, yellow, bluec. wavelength: red, yellow, blue frequency: blue, yellow, redd. wavelength: blue, yellow, red frequency: red, yellow, blue
振動数:赤、黄、青c. 波長:赤、黄、青 振動数:青、黄、赤d. 波長:青、黄、赤 振動数:赤、黄、青
3Describe the location of gamma rays on the electromagnetic spectrum.
3ガンマ線が電磁スペクトルのどこにあるかを述べよ。
a. At the high-frequency and long-wavelength end of the spectrumb. At the high-frequency and short-wavelength end of the spectrumc. At the low-frequency and long-wavelength end of the spectrumd. At the low-frequency and short-wavelength end of the spectrum
a. スペクトルの振動数が高く波長が長い端b. スペクトルの振動数が高く波長が短い端c. スペクトルの振動数が低く波長が長い端d. スペクトルの振動数が低く波長が短い端
4In which region of the electromagnetic spectrum would you find radiation that is invisible to the human eye and has low energy?
4人の目に見えず、エネルギーの低い放射は、電磁スペクトルのどの領域にあるか。
a. Long-wavelength and high-frequency regionb. Long-wavelength and low-frequency regionc. Short-wavelength and high-frequency regiond. Short-wavelength and low-frequency region
a. 波長が長く振動数の高い領域b. 波長が長く振動数の低い領域c. 波長が短く振動数の高い領域d. 波長が短く振動数の低い領域
15.2 The Behavior of Electromagnetic Radiation 5Light travels at different speeds in different media. Put these media in order, from the slowest light speed to the fastest light speed: air, diamond, vacuum, water.
15.2 電磁放射のふるまい 5光は媒質ごとに違う速さで進む。空気・ダイヤモンド・真空・水を、光の速さの遅いものから速いものへ並べよ。
a. diamond, water, air, vacuum
a. ダイヤモンド、水、空気、真空
Critical Thinking Items批判的に考える問題
15.1 The Electromagnetic Spectrum 8Standing in front of a fire, we can sense both its heat and its light. How are the light and heat radiated by the fire the same, and how are they different?
15.1 電磁スペクトル 8火の前に立つと、その熱と光の両方を感じ取れる。火が放つ光と熱はどこが同じで、どこが違うか。
a. Both travel as waves, but only light waves are a form of electromagnetic radiation.b. Heat and light are both forms of electromagnetic radiation, but light waves have higher frequencies.c. Heat and light are both forms of electromagnetic radiation, but heat waves have higher frequencies.d. Heat and light are both forms of
a. どちらも波として進むが、電磁放射の一形態なのは光の波だけである。b. 熱も光も電磁放射の一形態だが、光の波のほうが振動数が高い。c. 熱も光も電磁放射の一形態だが、熱の波のほうが振動数が高い。d. 熱も光も
b. vacuum, diamond, air, waterc. diamond, air, water, vacuumd. air, diamond, water, vacuum
b. 真空、ダイヤモンド、空気、水c. ダイヤモンド、空気、水、真空d. 空気、ダイヤモンド、水、真空
6Visible light has wavelengths in the range of about 400 to 800 nm. What does this indicate about the approximate thickness of the wall of a soap bubble? Explain your answer.
6可視光の波長はおよそ400から800 nmの範囲にある。これはシャボン玉の膜のおおよその厚さについて何を示しているか。答えを説明せよ。
a. The thickness of the bubble wall is ten times that of the wavelength of light.b. The thickness of the bubble wall is similar to that of the wavelength of light.c. The thickness of the bubble wall is half the wavelength of light.d. The thickness of the bubble wall equals the cube of the wavelength of light.
a. 膜の厚さは光の波長の10倍である。b. 膜の厚さは光の波長と同じくらいである。c. 膜の厚さは光の波長の半分である。d. 膜の厚さは光の波長の3乗に等しい。
7Bright sunlight is reflected from an icy pond. You look at the glare of the reflected light through polarized glasses. When you take the glasses off, rotate them 90°, and look through one of the lenses again, the light you see becomes brighter. Explain why the light you see changes.
7明るい日光が凍った池から反射している。偏光眼鏡を通して、反射した光のぎらつきを見る。眼鏡を外して90°回し、片方のレンズを通してもう一度見ると、見える光が明るくなる。見える光が変わるのはなぜかを説明せよ。
a. The glass blocks horizontally polarized light, and the light reflected from the icy pond is, in part, polarized horizontally.b. The glass blocks vertically polarized light, and the light reflected from the icy pond is, in part, polarized vertically.c. The glass allows horizontally polarized light to pass, and the light reflected from the icy pond is, in part, polarized vertically.d. The glass allows horizontally polarized light to pass, and the light reflected from the icy pond is, in part, polarized horizontally.
a. 眼鏡は水平に偏った光を遮り、凍った池から反射した光は一部が水平に偏っているから。b. 眼鏡は鉛直に偏った光を遮り、凍った池から反射した光は一部が鉛直に偏っているから。c. 眼鏡は水平に偏った光を通し、凍った池から反射した光は一部が鉛直に偏っているから。d. 眼鏡は水平に偏った光を通し、凍った池から反射した光は一部が水平に偏っているから。
electromagnetic radiation, but light waves have higher wavelengths.
電磁放射の一形態だが、光の波のほうが波長が長い。
9. Light shines on a picture of the subtractive color wheel. The light is a mixture of red, blue, and green light.Part A—Which part of the color wheel will look blue? Explain in terms of absorbed and reflected light.Part B—Which part of the color wheel will look yellow? Explain in terms of absorbed and reflected light.
9. 減法の色相環の絵に光を当てる。その光は赤・青・緑の光の混ざったものである。A部——色相環のどの部分が青く見えるか。吸収される光と反射される光の言葉で説明せよ。B部——色相環のどの部分が黄色く見えるか。吸収される光と反射される光の言葉で説明せよ。
a. A. The yellow section of the wheel will look blue because it will reflect blue
a. A. 環の黄色の部分が青く見える。青い光を反射し
light and absorb red and green.B. The blue section of the wheel will look yellow because it will reflect red and green light and absorb blue.b.A. The blue section of the wheel will look blue because it will absorb blue light and reflect red and green.B. The yellow section of the wheel will look yellow because it will absorb red and green light and reflect blue.c.A. The yellow section of the wheel will look blue because it will absorb blue light and reflect red and green. B. The blue section of the wheel will look yellow because it will absorb red and green light and reflect blue.d. A. The blue section of the wheel will look blue because it will reflect blue light and absorb red and green. B. The yellow section of the wheel will look yellow because it will reflect red and green light and absorb blue.
赤と緑を吸収するから。 B. 環の青の部分が黄色く見える。赤と緑の光を反射し青を吸収するから。b. A. 環の青の部分が青く見える。青い光を吸収し赤と緑を反射するから。 B. 環の黄色の部分が黄色く見える。赤と緑の光を吸収し青を反射するから。c. A. 環の黄色の部分が青く見える。青い光を吸収し赤と緑を反射するから。 B. 環の青の部分が黄色く見える。赤と緑の光を吸収し青を反射するから。d. A. 環の青の部分が青く見える。青い光を反射し赤と緑を吸収するから。 B. 環の黄色の部分が黄色く見える。赤と緑の光を反射し青を吸収するから。
10PartA. When you stand in front of an open fire, you can sense light waves with your eyes. You sense another type of electromagnetic radiation as heat. What is this other type of radiation? PartB. How is this other type of radiation different front light waves?
10A部。焚き火の前に立つと、目で光の波を感じ取れる。もう一つの型の電磁放射は熱として感じ取る。このもう一つの型の放射は何か。B部。このもう一つの型の放射は光の波とどう違うか。
a.A. X-rays B. The X-rays have higher frequencies and shorter wavelengths than the light waves.b. A. X-rays B. The X-rays have lower frequencies and longer wavelengths than the light waves.c.A. infrared rays B. The infrared rays have higher frequencies and shorter wavelengths than the light waves.d. A. infrared rays B. The infrared rays have lower frequencies and longer wavelengths than the light waves.
a. A. X線 B. X線は光の波より振動数が高く波長が短い。b. A. X線 B. X線は光の波より振動数が低く波長が長い。c. A. 赤外線 B. 赤外線は光の波より振動数が高く波長が短い。d. A. 赤外線 B. 赤外線は光の波より振動数が低く波長が長い。
11. Overexposure to this range of EM radiation is dangerous, and yet it is used by doctors to diagnose medical problems.Part A—Identify the type of radiation.Part B—Locate the position of this radiation on the EM spectrum by comparing its frequency and wavelength to visible light.
11. この範囲の電磁放射を浴びすぎるのは危険だが、医師は医学的な問題の診断にそれを使っている。A部——放射の種類を挙げよ。B部——その振動数と波長を可視光と比べて、この放射が電磁スペクトルのどこにあるかを示せ。
Part C—Explain why this radiation is both dangerous and therapeutic in terms of its energy, based on your answer to Part B.
C部——B部の答えにもとづき、この放射がエネルギーの点でなぜ危険であると同時に治療にも役立つのかを説明せよ。
a. A. X-rays
a. A. X線
B. X-rays have shorter wavelengths (1 × 10–8 – 5 × 10–12 m) and higher frequencies (3 × 1016 – 6 × 1019 Hz) than visible light (7.5 × 10–7 – 4.0 × 10–7 m; 4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz).C. X-rays have low energies because of their high frequencies, and so can penetrate matter to greater depths.b. A. X-rays
B. X線は可視光(7.5 × 10-7 – 4.0 × 10-7 m、4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz)より波長が短く(1 × 10-8 – 5 × 10-12 m)振動数が高い(3 × 1016 – 6 × 1019 Hz)。C. X線は振動数が高いためエネルギーが低く、したがって物質をより深く通り抜けられる。b. A. X線
B. X-rays have shorter wavelengths (1 × 10–8 – 5 × 10–12 m) and higher frequencies (3 × 1010 – 6 × 1013 Hz) than visible light (7.5 × 10–7 – 4.0 × 10–7 m; 4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz).C. X-rays have low energies because of their low frequencies, and so can penetrate matter to greater depths.c. A. X-rays B. X-rays have longer wavelengths (1 × 10–6 – 5 × 10–7 m) and higher frequencies (3 × 1015 – 6 × 1015 Hz) than visible light (7.5 × 10–7 – 4.0 × 10–7 m; 4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz). C. X-rays have high energies because of their high frequencies, and therefore can penetrate matter to greater depths.d. A. X-rays
B. X線は可視光(7.5 × 10-7 – 4.0 × 10-7 m、4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz)より波長が短く(1 × 10-8 – 5 × 10-12 m)振動数が高い(3 × 1010 – 6 × 1013 Hz)。C. X線は振動数が低いためエネルギーが低く、したがって物質をより深く通り抜けられる。c. A. X線 B. X線は可視光(7.5 × 10-7 – 4.0 × 10-7 m、4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz)より波長が長く(1 × 10-6 – 5 × 10-7 m)振動数が高い(3 × 1015 – 6 × 1015 Hz)。 C. X線は振動数が高いためエネルギーが大きく、したがって物質をより深く通り抜けられる。d. A. X線
B. X-rays have shorter wavelengths (1 × 10–8 – 5 × 10–12 m) and higher frequencies (3 × 1016 – 6 × 1019 Hz) than visible light (7.5 × 10–7 – 4.0 × 10–7 m; 4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz).C. X-rays have high energies because of their high frequencies, and so can penetrate matter to greater depths.
B. X線は可視光(7.5 × 10-7 – 4.0 × 10-7 m、4.0 × 1014 – 7.5 × 1014 Hz)より波長が短く(1 × 10-8 – 5 × 10-12 m)振動数が高い(3 × 1016 – 6 × 1019 Hz)。C. X線は振動数が高いためエネルギーが大きく、したがって物質をより深く通り抜けられる。
15.2 The Behavior of Electromagnetic Radiation 12Explain how thin-film interference occurs. Discuss in terms of the meaning of interference and the pathways of light waves.
15.2 電磁放射のふるまい 12薄膜干渉がどう起こるかを説明せよ。干渉の意味と光の波の道筋の言葉で論じよ。
a. For a particular thickness of film, light of a given wavelength that reflects from the outer and inner film surfaces is completely in phase, and so undergoes constructive interference.b. For a particular thickness of film, light of a given wavelength that reflects from the outer and inner surfaces is completely in phase, and so undergoes destructive
a. ある決まった厚さの膜では、ある波長の光が膜の外側の面と内側の面から反射したものが完全に同位相になり、強め合う干渉をする。b. ある決まった厚さの膜では、ある波長の光が外側の面と内側の面から反射したものが完全に同位相になり、弱め合う
interference.c. For a particular thickness of film, light of a given wavelength that reflects from the outer and inner film surfaces is completely out of phase, and so undergoes constructive interference.d. For a particular thickness of film, light of a given wavelength that reflects from the outer and inner film surfaces is completely out of phase, and so undergoes no interference.
干渉をする。c. ある決まった厚さの膜では、ある波長の光が膜の外側の面と内側の面から反射したものが完全に逆位相になり、強め合う干渉をする。d. ある決まった厚さの膜では、ある波長の光が膜の外側の面と内側の面から反射したものが完全に逆位相になり、干渉しない。
13When you move a rope up and down, waves are created. If the waves pass through a slot, they will be affected differently, depending on the orientation of the slot. Using the rope waves and
13ロープを上下に動かすと波ができる。この波がすきまを通り抜けるとき、すきまの向きによって受ける影響が変わる。ロープの波と
Problems問題
15.2 The Behavior of Electromagnetic Radiation 14Visible light has a range of wavelengths from about 400 nm to 800 nm . What is the range of frequencies for visible light?a. 3.75 × 106 Hz to 7.50 × 106 Hzb. 3.75 Hz to 7.50 Hzc. 3.75 × 10−7 Hz to 7.50 × 10−7 Hzd. 3.75 × 1014 Hz to 7.50 × 1014 Hz
15.2 電磁放射のふるまい 14可視光の波長はおよそ400 nmから800 nmの範囲にある。可視光の振動数の範囲はどれだけか。a. 3.75 × 106 Hzから7.50 × 106 Hzb. 3.75 Hzから7.50 Hzc. 3.75 × 10-7 Hzから7.50 × 10-7 Hzd. 3.75 × 1014 Hzから7.50 × 1014 Hz
15Light travels through the wall of a soap bubble that is 600 nm thick and is reflected from the
15光が厚さ600 nmのシャボン玉の膜を通り、内側の面で反射して
Performance Task実践課題
15.2 The Behavior of Electromagnetic Radiation 16Design an experiment to observe the phenomenon of thin-film interference. Observe colors of visible light, and relate each color to its corresponding wavelength. Comparison with the magnitudes of visible light wavelength will give an appreciation of just how very thin a thin film is. Thin-film interference has a number of practical applications, such as anti-reflection coatings and optical filters. Thin films used in filters can be designed to reflect or transmit specific wavelengths of light. This is done by depositing a film one molecular layer at a time from a vapor, thus allowing the thickness of the film to be exactly controlled.
15.2 電磁放射のふるまい 16薄膜干渉の現象を観察する実験を設計せよ。可視光の色を観察し、それぞれの色を対応する波長に結びつけよ。可視光の波長の大きさと比べれば、薄膜がどれほど薄いかが実感できる。薄膜干渉には、反射防止膜や光学フィルターなど、実用的な応用が数多くある。フィルターに使う薄膜は、特定の波長の光を反射または透過するように設計できる。これは、蒸気から分子一層ずつ膜を積むことで行われ、膜の厚さを正確に制御できる。
EYE SAFETY—Chemicals in this lab are poisonous if ingested. If chemicals are ingested, inform your teacher immediately.FUMES—Certain chemicals or chemical reactions in this lab create a vapor that is harmful if
目の安全——この実験の薬品は飲み込むと有毒である。飲み込んだ場合はただちに先生に知らせること。蒸気——この実験のある薬品や化学反応は、吸い込むと有害な蒸気を作る。
the slot as a model, explain how polarizing glasses affect light waves.
すきまをモデルにして、偏光眼鏡が光の波にどう影響するかを説明せよ。
a. If the wave—electric field—is vertical and slit—polarizing molecules in the glass—is horizontal, the wave will pass.b. If the wave—electric field— is vertical and slit—polarizing molecules in the glass—is vertical, the wave will not pass.c. If the wave—electric field—is horizontal and slit—polarizing molecules in the glass—is horizontal, the wave will pass.d. If the wave—electric field—is horizontal and slit—polarizing molecules in the glass—is horizontal, the wave will not pass.
a. 波——電場——が鉛直で、すきま——眼鏡の中の偏光させる分子——が水平なら、波は通る。b. 波——電場——が鉛直で、すきま——眼鏡の中の偏光させる分子——が鉛直なら、波は通らない。c. 波——電場——が水平で、すきま——眼鏡の中の偏光させる分子——が水平なら、波は通る。d. 波——電場——が水平で、すきま——眼鏡の中の偏光させる分子——が水平なら、波は通らない。
inner surface back into the air. Assume the bubble wall is mostly water and that light travels in water at 75 percent of the speed of light in vacuum. How many seconds behind will the light reflected from the inner surface arrive compared to the light that was reflected from the outer surface?a. 4.0 × 10–8 sb. 5.3 × 10–6 sc. 2.65 × 10–15 sd. 5.3 × 10–15 s
空気中へ戻ってくる。膜はほぼ水でできており、水の中で光は真空中の光の速さの75パーセントで進むとする。内側の面から反射した光は、外側の面から反射した光にくらべて何秒遅れて届くか。a. 4.0 × 10-8 sb. 5.3 × 10-6 sc. 2.65 × 10-15 sd. 5.3 × 10-15 s
inhaled. Follow your teacher's instructions for the use of fume hoods and other safety apparatus designed to prevent fume inhalation. Never smell or otherwise breath in any chemicals or vapors in the lab.FLAMMABLE—Chemicals in this lab are highly flammable and can ignite, especially if exposed to a spark or open flame. Follow your teacher's instructions carefully on how to handle flammable chemicals. Do not expose any chemical to a flame or other heat source unless specifically instructed by your teacher.HAND WASHING—Some materials may be hazardous if in extended contact with the skin. Be sure to wash your hands with soap after handling and disposing of these materials during the lab.WASTE—Some things in this lab are hazardous and need to be disposed of properly. Follow your teacher's instructions for disposal of all items.
蒸気を吸い込まないための、ドラフトなどの安全装置の使い方について、先生の指示に従うこと。実験室では、いかなる薬品や蒸気も、においを嗅いだり吸い込んだりしないこと。引火性——この実験の薬品はきわめて燃えやすく、とくに火花や裸火にさらされると発火しうる。燃えやすい薬品の扱い方について、先生の指示に注意深く従うこと。先生が特に指示しない限り、薬品を炎や他の熱源にさらさないこと。手を洗うこと——皮膚に長く触れると危険な材料もある。実験中にこれらの材料を扱ったり捨てたりしたあとは、石けんで手を洗うこと。廃棄——この実験には危険で、適切に処分すべきものがある。すべての品の処分について先生の指示に従うこと。
• A large flat tray with raised sides, such as a
・天板のような、縁の立った大きな平たい皿
baking tray• Small volumes of motor oil, lighter fluid or a penetrating oil of the type used to loosen rusty bolts, and cooking oil• Water• A camera
・少量のエンジンオイル、ライター用燃料または錆びたボルトをゆるめるのに使う浸透油、そして食用油・水・カメラ
a. Thin-film interference causes colors to appear on the surface of a thin transparent layer. Do you
a. 薄膜干渉は、透明な薄い層の表面に色を現れさせる。