波動（知識）の問題

空気中で、平らなガラス板の上に、球面の側を下にして平凸レンズを置いた。レンズとガラス板は中心の 1 点だけで接しており、そのまわりには、中心から離れるほど厚くなる薄い空気の層ができている。真上から単色光を当て、真上から反射光を観察すると、接点を中心とする同心円状の明暗の縞（ニュートンリング）が見えた。

この縞は、レンズの下面（ガラスから空気への境界面）で反射した光と、ガラス板の上面（空気からガラスへの境界面）で反射した光が干渉してできる。光が屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質へ進もうとして境界面で反射するとき、反射光の位相は【 a 】。そのため、空気の層の厚さが 0 である接点の位置では、2 つの反射光が【 b 】。

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
• イ
• ウ
• エ

屈折率 $1.50$ のガラスと屈折率 $1.33$ の水が、平らな境界面で接している。この境界面に単色光を当てる。

境界面で光が全反射するのはどのような場合か。最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　光が水中からガラス中へ進もうとし、入射角が臨界角より大きいとき
• イ　光がガラス中から水中へ進もうとし、入射角が臨界角より小さいとき
• ウ　光がガラス中から水中へ進もうとし、入射角が臨界角より大きいとき
• エ　光が水中からガラス中へ進もうとし、入射角が臨界角より小さいとき

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。

十分に長いまっすぐなひもの両側から、振幅 $A$・波長 $\lambda$・振動数が等しい 2 つの正弦波を、互いに逆向きに送った。2 つの波が重なり合う部分には、左右どちらにも進まない波（定常波）ができた。ただし、波は減衰せずに進み、ひもの端での反射は考えないものとする。

この定常波について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　隣り合う腹と腹の間隔は $\lambda$ である。
• イ　節の位置では、媒質は振幅 $2A$ で振動する。
• ウ　隣り合う腹と節の間隔は $\frac{\lambda }{2}$ である。
• エ　隣り合う節と節の間隔は $\frac{\lambda }{2}$ である。
• オ　腹の位置は、時間とともに一定の速さで移動していく。

振動数 $440\text{Hz}$ の音を出す音叉 A と、振動数 $443\text{Hz}$ の音を出す音叉 B がある。風のない部屋で、2 つの音叉を同時に鳴らして音を聞いた。

このときの音について述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、音叉をたたく強さを変えても、音叉の振動数は変わらないものとする。

• ア　音叉 A を前より強くたたくと、A の音は前より大きくなり、同時に前より高くなる。
• イ　2 つの音が重なり合うことで、音が大きくなったり小さくなったりをくり返すうなりが、1 秒間に 3 回聞こえる。
• ウ　音叉 B の音は、音叉 A の音より振動数が大きいので、わずかに高く聞こえる。
• エ　同じ実験を気温の高い部屋で行うと、空気中を伝わる音の速さは、気温の低い部屋で行うときより大きくなる。