ばねの振動や水面波を題材に,波の基本的な性質を問う問題が出題されます.
水の波では,波の干渉が頻出です.波の干渉を考えるときは,まず2つの波源が同位相であるかを確認するようにしましょう.2つの波源が同位相であれば,2つの波源からの距離の差が波長の整数倍の点が強めあう点です.1つの波源から出た波が,壁に反射して干渉する場合もあるので,どの部分が波源からの距離の差になるのかに注目しましょう.
どのような干渉縞ができるかを問う問題も多いのですが,シンプルに2つの波源を結ぶ直線の垂直2等分線を引いてください.そして強めあう点を結んだ線を引きましょう.このときに2つの波源を結ぶ線分上は定在波(定常波)ができることをイメージすると線を引きやすいと思います.強めあう点を結んだ線の間に,必ず弱めあう点を結んだ線(節線)が現れます.ぜひ,上の動画を参考にしてください.
定在波において,腹(節)と腹(節)の間隔は半波長であることを知っていると,さらにイメージしやすいと思います.ピンとこない人は,テキストを参考にワークブックの作図をしてみてください.
グラフを見て波の式を判断する問題がよく出題されます.教科書や参考書で波の式はいくつか示されていますが,
$y=A\sin(\omega t-kx+\delta)$
で覚えておくと便利です.$\omega=\frac{2\pi}{T}$は角速度,$k=\frac{2\pi}{\lambda}$は波数(波数ベクトル),$\delta$は初期位相です.波数は高校の教科書には出てきませんが,大学で物理を学ぶとよく扱われる量です.個別学力試験や共通テストでも波数という名前こそ出てきませんが,$x$の係数を求める問題としてよく出題されます.
波の式と波の進む方向の関係は,上の動画とこちらのブログをぜひ参考にしてください.波の式に$x=0$や$t=0$を代入して考えると分かりやすいと思います.
この分野のまとめと確認テスト
-----------------------------
波の基本的な性質を押さえておけば,波の問題はそれほど難しくありません.手元の問題集や模試を活用して,波の基本的な性質や波の問題の考え方を復習しましょう.また弦やばねの振動を題材に,定在波や縦波について問う問題が出題されています.グラフから波の式を選択する問題では,進む向きは正か負か,初期位相はいくらか( $sin$ か $cos$ か)を読み取りましょう.
共通テストでは情報処理能力も必要なので,小問1題あたり2〜3分くらいを目安に解いてください.なお,問題のリンク先は大学入試センターです.
2025年度共通テスト本試第3問B・正解:平面上の波の干渉に関する問題.問4はグラフ読取り,問5は波の干渉と変位について問う問題.問6は,波の式(三角関数)の周期性や,$AP=4.0t_{PA}$,$BP=4.0t_{PB}$ と書けることに気付けば解ける.
2023年度共通テスト追試第4問・正解:進行波の干渉.波を進行方向へ少しずらして考えると動きが見えてきます.後半は平面波の干渉.2つの波源を結ぶ直線上の内側は定在波,外側は進行波になることに注意しましょう.問4では,負方向に進む波であることと,$x= \frac{5\lambda}{2}$ から発生する波であることに注目しましょう.
2022年度共通テスト本試第1問1:2つの波源が逆位相であることに注意してください.
2021年度共通テスト追試 第3問A:弦に発生する定在波について,グラフを読み取ったり,波の式で表したりする問題. 問3は,負方向に進む波は $\omega t$ ,及び $kx$ の符号が同じになることと,$t=0$での波の式が $y=A\sin kx$をあることを思い出しましょう.

0 件のコメント:
コメントを投稿