波動（知識）の問題

水中の点光源から、水面に向けてさまざまな向きに単色光を出す。水の屈折率は空気の屈折率より大きいので、光が水中から空気中へ進むとき、屈折角は入射角より大きくなる。

水面への入射角をしだいに大きくしていくと、屈折角も大きくなり、ある入射角で屈折角がちょうど $90^{\circ }$ になる。入射角をこの角度より大きくすると、空気中へ出ていく屈折光はなくなり、光はすべて水面で反射されるようになる。

このように、屈折角がちょうど $90^{\circ }$ になるときの入射角を何というか。漢字で答えよ。

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。

水面を進む波の伝わり方は、次のように考えると説明できる。ある時刻の波面上の各点を新たな波源とみなすと、それぞれの点から、波の進む向きの前方に向かって、もとの波と同じ速さ・同じ振動数の球面状（水面では円形）の波が出る。少し時間がたった後の新しい波面は、これらの多数の小さな波に共通に接する面（包絡面）として得られる。この考え方をホイヘンスの原理といい、波の反射・屈折・回折のようすを説明するのに使われる。

ホイヘンスの原理において、波面上の各点を波源として出ると考える、この球面状の小さな波を何というか。漢字で答えよ。

空気中に置いた薄い凸レンズの光軸上で、レンズと焦点の間（レンズから焦点距離より近い位置）に、光軸に垂直に小さな物体を立てた。物体と反対側からレンズをのぞくと、物体と同じ向きの、物体より大きな像が見えた。

このとき、物体の 1 点から出てレンズを通過した光は、レンズの後方で 1 点に集まらずに広がって進む。そのため、この像の位置にスクリーンを置いても像はうつらない。像は、レンズを通過した光を逆向きに延長した線が交わる点に、そこから光が出ているように見えることでできている。

このように、実際の光が集まってできたものではなく、光が出てくるように見えるだけの点の集まりとしてできる像を何というか。漢字で答えよ。

風のない空気中で、一定の振動数の音を出す音源と観測者を考える。

音源が観測者に近づきながら音を出すと、音源の前方では音源が出した波どうしの間隔がつまり、観測者に届く音の波長は短くなる。一方、音源が静止していて観測者が音源に近づく場合は、空気中の音の波長は変わらないが、観測者が単位時間に受け取る波の数が増える。どちらの場合も、観測者には音源が出している音より高い音が聞こえる。逆に、音源と観測者が遠ざかる場合には、もとの音より低い音が聞こえる。

このように、音源や観測者が動くことによって、観測者が聞く音の振動数が音源の振動数と異なって観測される現象を何というか。