物理分野の用語と知識の問題
モノコードの弦をはじいて音を出し、その音をマイクで拾ってオシロスコープで振動のようすを調べた。次の文は、その結果について述べたものである。
弦の張りの強さと弦をはじく強さは変えずに、弦の振動する部分の長さだけを短くしてはじいたところ、音は（ a ）なった。このとき、オシロスコープに表示された波形を同じ時間の範囲で比べると、波の山の数がふえており、音の（ b ）が大きくなっていたことがわかった。
文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 低く | 振幅 |
| イ | 低く | 振動数 |
| ウ | 高く | 振動数 |
| エ | 高く | 振幅 |
- ア
- イ
- ウ
- エ
この問題で使うもの
- 音の伝わり方と大きさ・高さ（説明と入口の問題）
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
音の高さ・大きさと、音源の振動のようす（振動数・振幅）の関係、およびオシロスコープの波形の読み方の知識を使おう。
ヒント 2
モノコードの弦の長さを短くすると、弦が 1 秒間に振動する回数はふえる。オシロスコープの波形では、山の数は 1 秒間に振動する回数を、山の高さは振れ幅を表す。
ヒント 3
b に入る語句は、同じ時間の範囲での「山の数」を表すものなので、選択肢は 2 つに絞れる。あとは弦を短くしたときに音が高くなるか低くなるかを考えよう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
根拠になる事実
- 音源が 1 秒間に振動する回数を振動数といい、単位はヘルツ（Hz）である。振動数が大きいほど音は高い。
- 振動の振れ幅を振幅といい、振幅が大きいほど音は大きい。
- モノコードでは、弦の長さを短くする・弦を強く張る・細い弦にするほど、振動数が大きくなり、音は高くなる。
- オシロスコープの波形では、同じ時間の範囲にある山の数が多いほど振動数が大きく、山の高さ（縦の振れ幅）が大きいほど振幅が大きい。
弦の振動する部分を短くすると振動数が大きくなるので、音は高くなる（a）。また、同じ時間の範囲で波の山の数がふえたことは、振動数が大きくなったことを表す（b）。よって組み合わせは ウ である。
ほかの選択肢が誤りである理由
- ア：弦を短くすると音は低くではなく高くなる。また、山の数がふえたことは振幅ではなく振動数の変化を表す。
- イ：b の振動数は正しいが、弦を短くすると音は高くなるので、a の「低く」が誤り。
- エ：a の「高く」は正しいが、山の数は振動数を表すので b の「振幅」が誤り。振幅は山の高さで表され、弦をはじく強さを変えたときに変わる。
別解
弦の振動する部分を短くすると、弦は1秒間により多く振動する。1秒間に振動する回数を振動数といい、振動数が大きいほど音は高くなる。よって a は「高く」。
オシロスコープの波形を同じ時間の範囲で比べると、波の山の数がふえているのは、同じ時間に振動する回数がふえた、つまり振動数が大きくなったことを表す。よって b は「振動数」。
弦をはじく強さを変えていないので、振幅（振動の幅）は変わらない。振幅は音の大きさに関係する量である。
選択肢の確認：
ア：低く、振幅。誤り（短くすると音は高くなる。山の数がふえたことは振幅ではなく振動数に関係する）。
イ：低く、振動数。誤り（振動数は大きくなるので音は高くなる）。
ウ：高く、振動数。正しい。
エ：高く、振幅。誤り（振幅は音の大きさに関係し、はじく強さを変えていないので変わらない）。
よってウ。