波動（知識）の問題

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。

風のない空気中で、一定の振動数の音を出し続けるサイレンと、その音を聞く人を考える。

サイレンが人に向かって一定の速さで動くとき、サイレンは音を出しながら前進するので、サイレンの前方の空気中では音波の波長が、サイレンが静止しているときより短くなる。空気中の音の速さは変わらないので、人には振動数の大きい（高い）音が聞こえる。

一方、サイレンが静止していて、人がサイレンに向かって一定の速さで動くとき、空気中の音波の波長は変わらない。しかし、人から見た音波の速さが、空気中の音の速さに人の速さを加えたものになるので、人が単位時間に受け取る波の数が増え、やはり振動数の大きい音が聞こえる。

このように、音源や観測者が音を伝える媒質に対して動くことによって、観測者が受け取る音の振動数が、音源が出す音の振動数と異なって観測される現象を何というか。

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。

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。

平面波が、平らな境界面をはさんで接する媒質 I から媒質 II へ向かって進み、境界面に斜めに入射した。波の一部は境界面で反射して媒質 I にもどり、残りは屈折して媒質 II に進んだ。波の速さは、媒質 I の中でも媒質 II の中でもそれぞれ一定で、媒質 II の中での速さは媒質 I の中での速さより小さい。入射角・反射角・屈折角は、いずれも境界面に垂直な直線（法線）と波の進む向きとのなす角とする。

このときのようすについて述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　媒質 II の中を進む波の振動数は、媒質 I の中を進む入射波の振動数と等しい。
• イ　媒質 II の中を進む波の波長は、媒質 I の中を進む入射波の波長より短い。
• ウ　媒質 II の中を進む波の周期は、媒質 I の中を進む入射波の周期より短い。
• エ　屈折角は入射角より大きい。
• オ　反射角は入射角と等しい。