波動（知識）の問題

空気中で、格子定数（隣り合うスリットの間隔）$d$ の回折格子に、白色光を格子面に垂直に当て、回折格子から十分に離れたところで透過光を観察した。光の入射方向となす角 $\theta$ の方向に進んだ光について、$d\sin \theta =m\lambda$（$\lambda$ は光の波長、$m=0,1,2,\cdots$）を満たす方向に明線ができる。白色光には、波長の長い赤色の光から波長の短い紫色の光まで、さまざまな色（波長）の光が含まれている。

$m=1$ の明線（1 次の明線）について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、明線ができる角度はいずれも $0^{\circ }<\theta <90^{\circ }$ の範囲にあるものとする。

• ア　紫色の光の明線は、赤色の光の明線より大きな角度 $\theta$ の方向にできる。
• イ　どの色の光の明線も同じ角度 $\theta$ の方向にできるので、1 次の明線は白色に見える。
• ウ　赤色の光の明線は、紫色の光の明線より大きな角度 $\theta$ の方向にできる。
• エ　格子定数 $d$ がより大きい回折格子にかえると、同じ色の光の明線は、より大きな角度 $\theta$ の方向にできる。

光の性質について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　光が空気中からガラス中に入ると、光の速さは小さくなり、波長は短くなるが、振動数は変わらない。
• イ　晴れた日の空が青く見えるのは、太陽光が大気中の分子などによって散乱されるとき、波長の短い青い光ほど強く散乱されるためである。
• ウ　真空中での光の速さは光の色（波長）によって異なり、赤色の光は紫色の光より速く進む。
• エ　自然光を偏光板に通すと偏光が得られるのは、光が横波であるためである。
• オ　光ファイバーは、屈折率の大きい中心部と屈折率の小さい周辺部の境界で、光が全反射をくり返して進むことを利用している。

水を入れた浅い水槽（水波投影装置）で、一定の振動数で平面波（直線状の波面をもつ水面波）を発生させ、波の進み方を観察した。水槽の底には板を沈めて、水の深い部分と浅い部分をつくってある。また、別の場所には、すき間のある板や平らな壁を水面に立てて置いた。水面波は、水が浅いところほど遅く進むものとする。この実験で観察される波の反射・屈折・回折について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　水面波が深い部分から浅い部分へ、境界に対して斜めに進むと、境界で波の進む向きが変わる。
• イ　水面波が深い部分から浅い部分へ進むとき、波の振動数は変わらない。
• ウ　水面波が深い部分から浅い部分へ進むと、波長は短くなる。
• エ　水面波が板のすき間を通り抜けるとき、すき間の幅が波長に比べて大きいほど、波はすき間の背後に大きく回り込む。
• オ　水面波が同じ深さの水の中で平らな壁に当たって反射するとき、反射波の波長は入射波の波長と等しい。

音の性質について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　空気中を伝わる音の速さは、気温が高いほど小さくなる。
• イ　音の高さは振動数で決まり、振動数が大きい音ほど低く聞こえる。
• ウ　振動数がわずかに異なる 2 つの音を同時に鳴らすと、うなりが聞こえる。1 秒あたりのうなりの回数は、2 つの音の振動数の差に等しい。
• エ　音の大きさは主に波形で決まり、音色は主に振幅で決まる。
• オ　一端が閉じた気柱（閉管）で定常波ができるとき、閉じた端は定常波の腹になる。

空気中で、平らな 2 枚のガラス板を重ね、一方の辺どうしをぴったり接触させ、反対側の辺のすき間に薄い紙を 1 枚はさんだ。2 枚のガラス板の間には、接触している辺から紙のほうへ向かって厚さが一様に増える、くさび形の空気層ができている。真上から単色光を当て、真上から反射光を観察すると、接触している辺に平行な明暗の縞が等間隔に見えた。

このとき、2 枚のガラス板が接触している辺の位置で、上のガラス板の下面で反射した光と、下のガラス板の上面で反射した光が重なり合ってどのように見えるか。その見え方と理由の組として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、ガラスの屈折率は空気の屈折率より大きいものとする。

• ア　明るく見える。2 つの光の経路の差は $0$ で、どちらの反射でも位相が変わらないから。
• イ　暗く見える。2 つの光の経路の差は $0$ で、どちらの反射でも位相が $\pi$ ずれるから。
• ウ　明るく見える。2 つの光の経路の差は $0$ で、どちらの反射でも位相が $\pi$ ずれるから。
• エ　暗く見える。2 つの光の経路の差は $0$ で、一方の反射でだけ位相が $\pi$ ずれるから。