H30年度第２回高認物理基礎大問４解説

大問４

問１

（１）【波の振動数】
　図のように、はじめ実線の状態であった波が2.0s後には破線の状態になった。
この波の振動数は何Hzか。

・波の波長$\lambda = 4$（m）

波が２秒で２m進んだとすると、波の速さ$v = \dfrac{2}{2} = 1$（m/s）

よって、波の振動数$f = \dfrac{1}{4} = 0.25$（Hz）

（２）【定常波】
　図１のように、媒質を$x$軸上の正の向きに進む波と負の向きに進む同じ速さの波があり、原点ですれ違う。
図２のようにすれ違いを始めた時刻を$t = 0$とする。
この後、媒質の点A（$x = -1.0$m）が、時間とともにどのように振動するのかを正しく表しているグラフはどれか。

・振幅、波長、速さが等しく、進行方向だけが逆の２つの波の合成波は、定常波となる。

点Aは定常波の節となるので、グラフは次のようになる。

問２

　スピーカーに低周波発振器をつなぎ、振動数を変えて正弦波形の音を出して実験１、実験２を行った。
（１）実験１【共鳴とうなり】
　鳴らしていないおんさのそばに、低周波発振器につないだスピーカーを置いた。
低周波発振器のスイッチを入れてスピーカーから音を出し、その後スピーカーの音量を下げても、おんさから音が聞こえ続けた。
　その後、スピーカーの音量を再び上げ、さらにスピーカーから出る音の振動数を少し小さくしたら、音の大きさが周期的に変化して聞こえた。

・実験１で、スピーカーからの音量を下げても、おんさから小さな音が聞こえ続けたのは、おんさで共鳴が生じたためである。
その後、音の大きさが周期的に変化して聞こえたのは、スピーカーからの音とおんさからの音が重なりあってうなりが生じたためである。

（２）実験２【共鳴の定常波】
　図のように、長さ20cmで一方だけが開いた円筒形のガラス管を用意し、その管口部分に低周波発振器につないだスピーカーを置いた。
低周波発振器の振動数を０から少しずつ大きくしていくと、400Hzを少し超えたあたりではじめて音が大きくなった。
さらに振動数を少しずつ大きくすると音が小さくなったが、ある振動数になると再び音が大きくなった。

・実験２で再び音が大きくなったとき、ガラス管の中で生じている音の定在波（定常波）の様子を表す図として、最も適当なものを選べ。
ただし、図は音波の進行方向の変位を、進行方向に垂直にして、縦波を横波のように表したものである。

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