波動（知識）

空気中に置いた焦点距離 $f$ の薄い凸レンズの光軸上で、レンズから $2f$ より遠い位置に、光軸に垂直に小さな物体を立てた。

このとき凸レンズによってできる像についての記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　像はレンズに対して物体と同じ側にでき、物体より小さい倒立の像である。
• イ　像はレンズに対して物体と反対側にでき、物体より大きい倒立の実像である。
• ウ　像はレンズに対して物体と反対側にでき、物体より小さい正立の実像である。
• エ　像はレンズに対して物体と反対側にでき、物体より小さい倒立の実像である。

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

白熱電球の光を分光器（プリズムなどで光を波長ごとに分ける装置）で調べると、赤から紫までの色が切れ目なく並んで見える。

一方、ナトリウムランプのように、高温の気体が出す光を分光器で調べると、色が切れ目なく並ぶのではなく、その気体の元素に特有の、とびとびのいくつかの波長の光だけが明るく見える。

このように、とびとびの特定の波長の光だけからなるスペクトルを何というか。

$x$ 軸に沿って並んだ媒質の各点が $x$ 軸方向に振動する縦波（正弦波）が、$x$ 軸の正の向きに進んでいる。媒質の各点は、それぞれのつり合いの位置を中心に、同じ振幅で $x$ 軸方向に単振動している。ある時刻の各点の変位を、$x$ 軸の正の向きの変位は $y$ 軸の正の向きに、$x$ 軸の負の向きの変位は $y$ 軸の負の向きに置きかえて、横波のような $y$-$x$ グラフに表した（横波表示）。

この時刻に、$x$ 軸上の点 P の変位は $0$ であった。また、P のすぐ左側（$x$ 座標が P より少し小さい側）の点は $x$ 軸の正の向きに変位していて、P のすぐ右側（$x$ 座標が P より少し大きい側）の点は $x$ 軸の負の向きに変位していた。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「この時刻に、点 P の位置では媒質は（ a ）になっている。また、この時刻の点 P の媒質の振動の速さは（ b ）である。」

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。

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。

どちらも振動数 $440\text{Hz}$ の音を出す、共鳴箱のついた音叉 A と音叉 B を、共鳴箱の口を向かい合わせて、少し離して机の上に置いた。音叉 A だけをたたいて鳴らし、しばらくしてから A を手でにぎって振動を止めると、たたいていない音叉 B から $440\text{Hz}$ の音が聞こえた。

この現象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。

• ア　B から音が聞こえたのは、A が出した音が B の共鳴箱で反射し、その反射した音が A を止めた後も聞こえていたためである。
• イ　B から音が聞こえたのは、A の音によって B の固有振動数が変わり、A と同じ $440\text{Hz}$ になったためである。
• ウ　B から音が聞こえたのは、A の音の振動数が B の固有振動数と等しかったので、B が A の音に共鳴して振動し始めたためである。
• エ　B の代わりに、固有振動数が $512\text{Hz}$ の共鳴箱つき音叉を置いても、同じように大きな音で鳴り始める。

水平に張った十分に長いひもの左端と右端から、それぞれ 1 つずつパルス波を互いに向かい合う向きに送った。左から進むパルス波は高さ $h$ の山の形、右から進むパルス波は深さ $h$ の谷の形をしていて、2 つのパルス波は山と谷が上下逆になっているほかは同じ形・同じ幅である。2 つのパルス波は同じ速さで進み、減衰しないものとする。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「2 つのパルス波がちょうどぴったり重なった瞬間、重なった部分のひもの各点の変位は（ a ）になる。その後、2 つのパルス波がすれ違って離れると、それぞれのパルス波は（ b ）。」

• ア
• イ
• ウ
• エ

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。

水面上の 2 点 ${\mathrm{S}}_1$, ${\mathrm{S}}_2$ を波源として、同じ振幅・同じ振動数で、つねに同位相で振動させ、水面に円形の波を広げた。ただし、波は減衰せずに進み、水面の波の波長はどこでも同じであるものとする。

水面上の点での波の干渉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　${\mathrm{S}}_1$ からの距離と ${\mathrm{S}}_2$ からの距離の差が波長の整数倍である点では、2 つの波は弱め合う。
• イ　${\mathrm{S}}_1$ からの距離と ${\mathrm{S}}_2$ からの距離の差が半波長の奇数倍である点では、2 つの波は強め合う。
• ウ　${\mathrm{S}}_1$ からの距離と ${\mathrm{S}}_2$ からの距離が等しい点では、2 つの波は強め合う。
• エ　2 つの波が強め合う点では、水面はつねに静止している。

水平に張った十分に長いひもの左端を、一定の振動数で上下に単振動させたところ、ひもを右向きに進む正弦波ができた。ただし、波は減衰せずに進むものとする。

この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　隣り合う山と山の間隔を、この波の振幅という。
• イ　この波の振幅は、山の頂上と谷の底の高さの差に等しい。
• ウ　ひもの各点は波の進む向きと同じ向きに振動するので、この波は縦波である。
• エ　ひもの各点が 1 回振動する間に、波は 1 波長だけ進む。

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。

風のない空気中で、一定の振動数の音を出し続ける音源と、その音を聞く観測者が一直線上にいる。音源と観測者の速さは、どちらも空気中の音の速さより小さいものとする。次の 2 つの場合を考える。

• 場合 1: 観測者は空気に対して静止しており、音源が観測者に向かって一定の速さで近づく。
• 場合 2: 音源は空気に対して静止しており、観測者が音源に向かって一定の速さで近づく。

空気中を伝わる音波そのものがもつ量のうち、単位 m（メートル）で表される量で、場合 1 では音源の前方（観測者のいる側）の空気中で、音源も観測者も静止しているときより短くなり、場合 2 では、音源も観測者も静止しているときと比べて変わらない量を何というか。漢字で答えよ。

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。

空気中で、単スリットを通した単色光を、間隔の狭い 2 本のスリット（複スリット）に当て、複スリットから離れたところに複スリットと平行に置いたスクリーンに明暗の縞（干渉縞）をうつすヤングの実験を行った。複スリットからスクリーンまでの距離は、複スリットの間隔に比べて十分大きいものとする。

ほかの条件は変えずに、次の操作のうち 1 つだけを行ったとき、スクリーン上のとなり合う明線の間隔が広くなるものとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　スクリーンを複スリットに近づける。
• イ　光源の光を、より波長の短い単色光に変える。
• ウ　複スリットを、2 本のスリットの間隔がより狭いものに取りかえる。
• エ　装置全体を、空気中から水中に移す。

太陽の白色光をガラスのプリズムに通すと、プリズムから出た光は赤から紫までの色の帯に分かれる。これは、ガラスの屈折率が光の波長（色）によってわずかに異なり、波長の短い紫色の光ほど大きく屈折するために起こる。

このように、屈折率が波長によって異なることで、いろいろな波長を含む光がそれぞれの波長（色）の光に分かれる現象を何というか。漢字 2 文字で答えよ。

一端を壁に固定したひもの他端を一定の振動数で振動させると、壁に向かう入射波と、壁で反射した反射波が重なり合い、定常波ができた。

ひもの端が壁に固定されている場合、その端で反射するとき反射波の変位は入射波の変位と【 a 】になる。そのため、入射波と反射波が重なり合ってできる定常波では、固定された端はつねに【 b 】になる。

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。

音の性質について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　空気中を伝わる音の速さは、気温が高いほど小さくなる。
• イ　音の高さは振動数で決まり、振動数が大きい音ほど低く聞こえる。
• ウ　振動数がわずかに異なる 2 つの音を同時に鳴らすと、うなりが聞こえる。1 秒あたりのうなりの回数は、2 つの音の振動数の差に等しい。
• エ　音の大きさは主に波形で決まり、音色は主に振幅で決まる。
• オ　一端が閉じた気柱（閉管）で定常波ができるとき、閉じた端は定常波の腹になる。

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。

水面を進む波の伝わり方は、次のように考えると説明できる。ある時刻の波面上の各点を新たな波源とみなすと、それぞれの点から、波の進む向きの前方に向かって、もとの波と同じ速さ・同じ振動数の球面状（水面では円形）の波が出る。少し時間がたった後の新しい波面は、これらの多数の小さな波に共通に接する面（包絡面）として得られる。この考え方をホイヘンスの原理といい、波の反射・屈折・回折のようすを説明するのに使われる。

ホイヘンスの原理において、波面上の各点を波源として出ると考える、この球面状の小さな波を何というか。漢字で答えよ。

光の性質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　光が空気中からガラス中に入ると、光の速さは小さくなり、波長は短くなるが、振動数は変わらない。
• イ　晴れた日の空が青く見えるのは、太陽光が大気中の分子などによって散乱されるとき、波長の短い青い光ほど強く散乱されるためである。
• ウ　真空中での光の速さは光の色（波長）によって異なり、赤色の光は紫色の光より速く進む。
• エ　自然光を偏光板に通すと偏光が得られるのは、光が横波であるためである。
• オ　光ファイバーは、屈折率の大きい中心部と屈折率の小さい周辺部の境界で、光が全反射をくり返して進むことを利用している。

空気中に置いた薄い凸レンズの光軸上で、レンズと焦点の間（レンズから焦点距離より近い位置）に、光軸に垂直に小さな物体を立てた。物体と反対側からレンズをのぞくと、物体と同じ向きの、物体より大きな像が見えた。

このとき、物体の 1 点から出てレンズを通過した光は、レンズの後方で 1 点に集まらずに広がって進む。そのため、この像の位置にスクリーンを置いても像はうつらない。像は、レンズを通過した光を逆向きに延長した線が交わる点に、そこから光が出ているように見えることでできている。

このように、実際の光が集まってできたものではなく、光が出てくるように見えるだけの点の集まりとしてできる像を何というか。漢字で答えよ。

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。

水中の点光源から、水面に向けてさまざまな向きに単色光を出す。水の屈折率は空気の屈折率より大きいので、光が水中から空気中へ進むとき、屈折角は入射角より大きくなる。

水面への入射角をしだいに大きくしていくと、屈折角も大きくなり、ある入射角で屈折角がちょうど $90^{\circ }$ になる。入射角をこの角度より大きくすると、空気中へ出ていく屈折光はなくなり、光はすべて水面で反射されるようになる。

このように、屈折角がちょうど $90^{\circ }$ になるときの入射角を何というか。漢字で答えよ。

空気中に置いた薄いレンズまたは球面鏡の光軸上に、光軸に垂直に立てた小さな物体を置き、その像を考える。物体は焦点の位置には置かないものとする。

レンズ・鏡によってできる像についての記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　凸レンズの焦点より外側（レンズから遠い側）に物体を置くと、レンズの後方に倒立の虚像ができる。
• イ　凸レンズの焦点より内側（レンズに近い側）に物体を置くと、物体と同じ側に、正立で物体より大きい実像ができる。
• ウ　凹レンズでは、物体をどの位置に置いても、物体と同じ側に、正立で物体より小さい虚像ができる。
• エ　凹面鏡の焦点より内側（鏡に近い側）に物体を置くと、鏡の後方に、倒立で物体より大きい虚像ができる。
• オ　凸面鏡では、物体をどの位置に置いても、鏡の後方に、正立で物体より大きい虚像ができる。

ホイヘンスの原理と、波の反射・屈折・回折について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、波は同じ媒質の中では一定の速さで進むものとする。

• ア　平面波が平らな境界面で反射するとき、反射角は入射角よりつねに大きくなる。
• イ　ホイヘンスの原理では、波面上の各点から出る素元波は、同じ媒質中でももとの波とは異なる速さで広がると考える。
• ウ　すき間を通過する波の回折は、すき間の幅に比べて波長が短いほど目立つ。
• エ　波が媒質 1 から媒質 2 へ屈折して進むとき、振動数は変わらず、波長は各媒質での波の速さに比例する。
• オ　波が速さの大きい媒質から速さの小さい媒質へ斜めに進むとき、屈折角は入射角より大きくなる。

一端を閉じ、他端を開いたまっすぐな管（閉管）の開いた端の近くに、一定の振動数の音を出すスピーカーを置いたところ、管の中の空気が共鳴し、管の中に音波の定常波ができた。音波は管の両端で反射し、入射波と反射波が重なり合って定常波ができているものとする。

この定常波と波の反射について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、定常波の腹・節は空気の変位（空気の各部分の振動の振れ幅）について考えるものとする。

• ア　閉管の閉じた端は自由端としてはたらき、そこに定常波の腹ができる。
• イ　定常波で隣り合う節と節の間隔は、定常波をつくるもとの進行波の波長に等しい。
• ウ　閉管の開いた端は自由端としてはたらき、その付近に定常波の腹ができる。
• エ　定常波で隣り合う 2 つの腹の位置の空気は、つねに同じ向きに変位している。
• オ　定常波の節の位置では、空気の密度の変化が最も小さい。

横波・縦波と、波の要素（振幅・波長・周期・振動数・速さ）について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、波は正弦波であり、減衰せずに進むものとする。

• ア　縦波は、媒質の各点が波の進む向きに垂直な方向に振動して伝わる波である。
• イ　波の周期は媒質の各点が 1 回振動するのにかかる時間であり、振動数を 2 倍にすると周期も 2 倍になる。
• ウ　縦波は気体や液体の中を伝わることができるが、固体の中を伝わることはできない。
• エ　同じ媒質の中を一定の速さで進む波では、振動数が大きい波ほど波長は短い。
• オ　波が伝わるとき、媒質の各点は波といっしょに波の進む向きへ移動していく。

ギターの弦のように両端を固定した弦や、笛のような管の中の気柱は、それぞれ決まった振動数で振動し、音を出す。弦と気柱の固有振動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。ただし、気柱の開口端補正は無視するものとする。

• ア　両端を固定した弦が基本振動をしているとき、弦の両端は定常波の腹になり、中央は節になる。
• イ　弦の長さと線密度を変えずに弦の張力を大きくすると、弦を伝わる波の速さが大きくなるので、基本振動数は大きくなる。
• ウ　一端を閉じた管（閉管）の気柱では、基本振動数の 2 倍、3 倍、4 倍、… のすべての整数倍の振動数で固有振動が起こる。
• エ　両端が開いた管（開管）の気柱が共鳴しているとき、管の両端の開口部は定常波の節になる。
• オ　管の長さを変えずに気温を上げると、空気中の音速が大きくなるので、気柱の固有振動数は小さくなる。

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。

水平に張った弦の一端を壁に固定し、他端を一定の振動数で上下に振動させたところ、壁に向かう入射波と、壁で反射した反射波が重なり合って、左右どちらにも進まない波ができた。ただし、波は減衰せずに進むものとする。

壁に固定された端では媒質が動けないので、反射波の変位はつねに入射波の変位と大きさが等しく向きが逆になる。そのため、壁の位置では 2 つの波の変位の和がつねに 0 となり、媒質がまったく振動しない。弦の上には、壁から半波長ごとに、壁の位置と同じように媒質がまったく振動しない点が並び、それらの点のちょうど中間の点は、最も大きな振幅で振動していた。

このようにしてできる進まない波において、媒質がまったく振動しない点を何というか。漢字で答えよ。

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

音源が静止した観測者に向かって一定の速さで動く場合も、観測者が静止した音源に向かって一定の速さで動く場合も、観測者が聞く音の振動数は音源の振動数より大きくなる。しかし、振動数が変わるしくみは 2 つの場合で異なる。ただし、風はなく、空気に対する音の速さは音源や観測者の運動によらず一定であるとし、音源や観測者の速さは音の速さより小さいとする。また、音源や観測者の運動によって音の振幅は変わらないものとする。

音源が動く場合には、音源が 1 回振動する間に音源自身も前方へ進むため、1 回の振動で送り出される波が前方の空気中で押し縮められる。その結果、音源の前方の空気中にある音波の【 X 】が、音源が静止しているときより短くなる。一方、観測者が動く場合には、空気中にある音波の【 X 】は変化せず、観測者に対する音の相対的な速さが変わることによって、観測者が 1 秒間に受け取る波の数が変化する。

ここで【 X 】は、ある瞬間の空気中の音波を位置ごとのようすとして見たときに決まる量であり、時間をはかって求める量ではない。【 X 】にあてはまる、波の性質を表す量を何というか。漢字 2 文字で答えよ。

$x$ 軸に沿って並んだ媒質の各点が $x$ 軸方向に振動する縦波（正弦波）が、$x$ 軸の正の向きに進んでいる。ある時刻に、各点の $x$ 軸方向の変位を、$x$ 軸の正の向きの変位は $y$ 軸の正の向きに、負の向きの変位は $y$ 軸の負の向きに置きかえて、横波のような $y$-$x$ グラフに表した。

このグラフで、変位が $0$ であり、そこを通って $x$ が増加すると変位が正から負に変わる点を P とする。点 P のすぐ左側（$x$ が小さい側）の媒質は $x$ 軸の正の向きに、すぐ右側の媒質は $x$ 軸の負の向きに変位しているので、点 P は縦波の【 a 】の部分の中心になっている。また、この時刻に点 P の媒質は、【 b 】に、その振動の中で最も大きい速さで動いている。

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。

光の性質について述べた文として最も適当なものを、次のア〜カから 1 つ選べ。

• ア　全反射は、光が屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質へ進むとき、入射角が臨界角より大きいと起こる。
• イ　自然光を偏光板に通すと、特定の方向に振動する光だけが透過する。このような偏光の現象は、光が横波であることを示している。
• ウ　晴れた日の空が青く見えるのは、空気中の分子によって、波長の長い光ほど強く散乱されるためである。
• エ　ガラスの屈折率は光の波長によって異なり、赤色の光に対する屈折率は、紫色の光に対する屈折率より大きい。
• オ　高温の固体が出す光のスペクトルは、とびとびの明るい線が並ぶ線スペクトルになる。
• カ　光が空気中からガラス中に入ると、光の速さと振動数はともに小さくなる。

波の重ね合わせ・干渉・定常波と、波の反射について述べた文として誤っているものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、波は一定の速さで減衰せずに進むものとする。

• ア　自由端で波が反射するとき、入射波の山は山のまま反射し、自由端は入射波と反射波が重なってできる定常波の節になる。
• イ　2 つのパルス波が重なり合ったあと離れると、それぞれのパルス波は重なる前と同じ形・同じ速さで進んでいく。
• ウ　振幅・波長・速さが等しく、互いに逆向きに進む 2 つの正弦波が重なってできる定常波では、隣り合う節と節の間隔はもとの波の波長の半分である。
• エ　固定端で波が反射するとき、反射波は入射波に対して位相が $\pi$ ずれ（山は谷になって反射し）、固定端は定常波の節になる。
• オ　水面上の 2 つの波源から、同じ振幅・同じ波長の波が同位相で出ているとき、2 つの波源からの距離の差が波長の整数倍となる点では、波は強め合う。

薄膜やくさび形空気層による光の干渉では、異なる経路を通った 2 つの光の位相のずれを比べる。光が屈折率 $n$ の媒質中を進むとき、媒質中での光の波長は真空中の波長 $\lambda$ の $\frac{1}{n}$ 倍になる。そのため、光が屈折率 $n$ の媒質中を距離 $l$ 進む間に含まれる波の数は、真空中を距離 $nl$ 進む間に含まれる波の数と等しい。

このように、光が媒質中を進む距離 $l$ に、その媒質の屈折率 $n$ をかけて、真空中を進む距離に換算した量 $nl$ を何というか。

太陽光や電球の光では、光の進む向きに垂直な面内での電場の振動の向きが、あらゆる方向にわたっている。この光を、進む向きに垂直な面内の特定の 1 つの方向に振動する光だけを通す薄い板 P に通した。P を通り抜けた光の進路上に、P と同じ性質をもつ板 Q を P と平行に置き、光の進む向きを軸として Q だけをゆっくり回転させた。すると、Q を通り抜けた光は明るくなったり暗くなったりをくり返し、P と Q の向きが $90^{\circ }$ ずれたところでほとんど見えなくなった。

この実験から、P を通り抜けた光は、進む向きに垂直な面内の特定の 1 つの方向にだけ振動していることがわかる。また、このような現象が起こることは、光が横波であることの根拠になっている。

P を通り抜けた光のように、振動の方向が特定の方向にかたよった光を何というか。漢字で答えよ。