R３年度第１回高認物理基礎大問４解説

大問４

問１

　図は$x$軸正の向きに速さ１m/sで進む正弦波のある時刻における波形を表している。

（１）【正弦波の振幅・波長】
　この正弦波の振幅と波長を求めよ。
・振幅は１（m）、波長は４（m）である。

（２）【固定端反射】
　この波は、この後$x = 5$mにある固定端で反射し定常波（定在波）をつくる。
この波の先端が固定端に達した瞬間を$t = 0$sとし、固定端での媒質の変位$y$と時刻$t$との関係を示すグラフとして正しいものはどれか。
・固定端なので、次のグラフである。

問２【共鳴とうなり】

・図１のように、同じ振動数のおんさを向かい合わせに置き、一方のおんさをたたき棒でたたいて鳴らすと、もう一方のおんさも鳴り出す。この現象を共鳴という。
　また、図２のように、一方のおんさに針金を巻き付け、両方のおんさをたたき棒でたたいて鳴らすと、音が大きくなったり小さくなったりして聞こえる。この現象をうなりという。

問３【気柱の共鳴と波長】

　図のような気柱共鳴実験装置を用いて、音波について調べる実験を行った。
まず、おんさをたたき棒で軽くたたき、ガラス管の管口近くにもっていき、おんさを鳴らしたまま、水だめをゆっくりと下げていく。
最初の共鳴点をみつけ、管口から水面までの距離$l_1$を測定する。
さらに水面を下げて、第２の共鳴点をみつけ、管口から水面までの距離$l_2$を測定する。
この時の音波の波長として正しいものはどれか。

・$2(l_2 - l_1)$

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