problemyriad

技能一覧 › 高校物理 電磁気と交流（知識）

電磁波の性質と種類

電磁波が真空中も光速で伝わる横波であること、波長の順（電波・赤外線・可視光線・紫外線・X 線・γ 線）と、それぞれの性質・利用（暖房、殺菌、透視撮影など）についての文の正誤を判定できる

前提

この技能までの道筋（43 技能）
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端（太枠）がこの技能です。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。

一覧で見る（前提が先）
  1. 回路の性質と計器の使い方 （中学理科 物理分野の用語と知識）
  2. 電流と磁界・電磁誘導の用語 （中学理科 物理分野の用語と知識）
  3. 磁場と磁力線 （高校物理 電磁気と交流（知識））
  4. 電流がつくる磁場（右ねじの法則） （高校物理 電磁気と交流（知識））
  5. 電磁誘導とレンツの法則・ファラデーの法則 （高校物理 電磁気と交流（知識））
  6. 小数の四則計算 （算数 計算と数のきまり）
  7. 円の周の長さと面積 （算数 平面図形）
  8. 分数のたし算・ひき算 （算数 計算と数のきまり）
  9. 分数のかけ算・わり算 （算数 計算と数のきまり）
  10. おうぎ形の弧の長さと面積 （算数 平面図形）
  11. 弧の長さからおうぎ形の中心角と面積を求める （中学数学 平面図形）
  12. 四則の混じった計算の順序 （算数 計算と数のきまり）
  13. 三角形・四角形の面積 （算数 平面図形）
  14. 正負の数の加法・減法 （中学数学 数と式）
  15. 正負の数の乗除・累乗と四則混合 （中学数学 数と式）
  16. 約数の見つけ方 （算数 整数の性質）
  17. 素因数分解と約数の個数 （算数 整数の性質）
  18. 平方根の意味と根号の簡単化 （中学数学 数と式）
  19. 三平方の定理 （中学数学 相似と三平方の定理）
  20. 特別な直角三角形の辺の比 （中学数学 相似と三平方の定理）
  21. 弧度法と単位円による三角関数 （数学II 三角関数）
  22. 音の伝わり方と大きさ・高さ （中学理科 物理分野の用語と知識）
  23. 音の振動数と波形 （中学理科 光と音）
  24. 横波・縦波と波の要素 （高校物理 波動（知識））
  25. 交流の発生と実効値 （高校物理 電磁気と交流（知識））
  26. 自己誘導と相互誘導 （高校物理 電磁気と交流（知識））
  27. 力の種類とはたらき （中学理科 物理分野の用語と知識）
  28. 静電気・放電と電子 （中学理科 物理分野の用語と知識）
  29. 帯電と電気量保存の法則 （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  30. クーロンの法則と電場・電気力線 （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  31. 電位・等電位面と電場の関係 （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  32. 導体の静電誘導 （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  33. 不導体の誘電分極 （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  34. コンデンサーの電気容量を決めるもの （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  35. 電流の正体と電流の向き （高校物理 電流と回路（知識））
  36. オームの法則と抵抗率 （高校物理 電流と回路（知識））
  37. 実験器具の使い方と安全 （中学理科 化学分野の用語と知識）
  38. 状態変化と粒子・融点・沸点・蒸留 （中学理科 化学分野の用語と知識）
  39. 熱運動と絶対温度 （高校物理 熱と気体（知識））
  40. 電力・電力量とジュール熱 （高校物理 電流と回路（知識））
  41. コイル・コンデンサーの交流に対するはたらき （高校物理 電磁気と交流（知識））
  42. コンデンサーの静電エネルギー （高校物理 電場と電位・コンデンサー（知識））
  43. 電気振動 （高校物理 電磁気と交流（知識））

説明

電磁波とは、電場と磁場の振動が空間を次々に伝わっていく波です。この技能を身につけると、「電磁波は真空中を伝わるか」「どんな波か」「波長の長い順は何か」「どの電磁波が何に使われるか」についての文の正誤を判定できるようになります。電波・赤外線・可視光線・紫外線・X 線・γ 線はどれも同じ電磁波の仲間で、違うのは波長（振動数）だけです。この違いによって性質や使いみちが変わります。

なぜそうしてよいのか

電気振動の回路では、コンデンサーの電場とコイルの磁場のあいだでエネルギーが行き来していました。ファラデーの法則が示すように、磁場が時間変化するとそのまわりに電場が生じます。これはコイルがなくても空間そのもので起こります。マクスウェルはさらに、逆に電場が時間変化するとそのまわりに磁場が生じると考えました。こうして「変化する電場が磁場をつくり、その磁場の変化がまた電場をつくる」という連鎖が起こります。連鎖は外へ外へと広がっていき、これが電磁波です。ヘルツは電気振動を使って電磁波を発生させ、実験でその存在を確かめました。

電磁波を伝えるのは電場と磁場そのものなので、音波のような媒質（空気や水など）を必要としません。そのため真空中も伝わります。電場の振動と磁場の振動は互いに垂直で、どちらも進行方向に垂直です。つまり電磁波は横波です。真空中の速さは波長によらずすべて同じ （光速）です。波の基本式から となるので、波長 が長いものほど振動数 は小さくなります。電気振動の振動数は でした。 や を大きくすると振動数が小さくなり、出てくる電磁波の波長は長くなります。

電磁波は波長の長い順に、電波・赤外線・可視光線・紫外線・X 線・γ 線と名前が付いています。性質は波長によって次のように変わります。
・電波：通信・放送に使われる。
・赤外線：物を温める（熱線）。
・可視光線：目に見える。
・紫外線：日焼けや殺菌などの化学作用が強い。
・X 線・γ 線：物質を透過する力が強い。

手順

  1. 文が「伝わり方（波の種類・速さ・媒質）」と「電磁波の種類（波長の順・性質・利用）」のどちらについて述べているかを見分ける。

  2. 伝わり方の文は、次の 3 点と照らし合わせる：横波である／真空中も伝わる／真空中の速さは波長によらず で、 が成り立つ。

  3. 波長の順を書き出す：（長い）電波 ＞ 赤外線 ＞ 可視光線（赤＞…＞紫，約 〜）＞ 紫外線 ＞ X 線 ＞ γ 線（短い）。振動数の大小はこの逆になる。

  4. 性質・利用を対応させる。電波：ラジオ・テレビ・携帯電話の通信、電子レンジ（マイクロ波）。赤外線：熱線として暖房、リモコン、赤外線カメラ。可視光線：目で見える光。紫外線：殺菌灯、日焼け、蛍光物質を光らせる。X 線：透過力が強く、体内の透視撮影（レントゲン写真）や手荷物検査。γ 線：放射性物質の原子核から出て、透過力が非常に強く、がん治療や医療器具の滅菌。

  5. 選択肢を 1 つずつ手順 2〜4 と照合し、1 か所でも食い違う語句があればその文は誤りと判定する。

例題

電磁波について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア　電磁波は縦波であり、真空中を伝わることはできない。
イ　紫外線は可視光線よりも波長が長く、暖房器具に利用される。
ウ　X 線は物質を透過する力が強く、体内の透視撮影に利用される。
エ　真空中では、γ 線は電波よりも速く伝わる。

例題の解答

手順 1：ア・エは伝わり方の文、イ・ウは種類（波長の順・性質・利用）の文である。

手順 2（ア・エ）：
・ア　電磁波は横波であり、媒質がなくても真空中を伝わる。「縦波」「真空中を伝わることはできない」の 2 か所が誤りである。
・エ　真空中の電磁波の速さは、波長によらずすべて である。γ 線と電波の速さは同じなので誤りである。

手順 3（イ）：波長の順は電波＞赤外線＞可視光線＞紫外線＞X 線＞γ 線である。紫外線は可視光線より波長が短いので、イは誤りである。

手順 4（イ・ウ）：
・イ　暖房に使われるのは赤外線である。この点でもイは誤りである。
・ウ　X 線は透過力が強く、レントゲン写真などの透視撮影に使われる。正しい。

手順 5：食い違いのないのはウだけである。よって答えはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること