波動（知識）の問題
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。
この問題で使うもの
- ホイヘンスの原理と反射・屈折・回折（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（4 技能）
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右端（太枠）がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
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
波の屈折・反射・回折の性質と、関係式 を使う。
ヒント 2
振動数は波源で決まり、境界を通っても変わらない。回折の起こりやすさは、すき間の幅と波長の大小関係で決まる。
ヒント 3
ア・イ・ウは屈折、オは反射の性質として確かめられる。残る選択肢では、すき間の幅と波長の大小関係が正しく書かれているかを確かめる。
答えと解説
答えを見る
エ
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解説を読む
ホイヘンスの原理では、波面上の各点から出る素元波の共通に接する面が次の波面になると考える。媒質によって波の速さが変わると素元波の広がり方が変わるので、屈折が起こる。また、波の振動数は波源で決まり、境界を通っても変わらない。波の速さ 、振動数 、波長 の間には が成り立つ。
- ア 正しい。深い部分と浅い部分で波の速さが異なるので、境界に斜めに入射すると波面の向きが変わり、波は屈折する。
- イ 正しい。振動数は波源で決まり、屈折しても変わらない。
- ウ 正しい。浅い部分では速さ が小さくなり、振動数 は変わらないので、 より波長は短くなる。
- エ 誤り。回折は、すき間の幅が波長に比べて小さいほど（同程度以下のときに）顕著になり、波はすき間の背後に大きく回り込む。すき間の幅が波長に比べて大きいと、波はほとんど回り込まずにまっすぐ進む。
- オ 正しい。反射の前後で波は同じ媒質（同じ深さの水）を進むので速さは変わらず、振動数も変わらないので、波長も等しい。
よって、誤っているものはエである。
別解
ア: 浅いところでは波の速さが遅くなるため、斜めに入射すると境界で屈折して進む向きが変わる。正しい。
イ: 波の振動数は波源で決まり、媒質（水深）が変わっても変わらない。正しい。
ウ: 振動数 が一定で速さ が小さくなると、 より波長は短くなる。正しい。
エ: 回折は、すき間の幅が波長と同程度か波長より小さいほど大きく起こる。幅が波長に比べて大きいと、波はほとんど回り込まず直進する。したがって「大きいほど大きく回り込む」は誤り。
オ: 反射では同じ媒質の中を進むので速さも振動数も変わらず、波長は入射波と等しい。正しい。
よって誤っているものは エ。