問題：横波と縦波の違いを、媒質の振動方向にふれて説明しなさい。

解答例：横波は媒質の振動方向が波の進行方向に垂直で、縦波は平行である。

解説：波の分類は振動方向で決まります。

問題：波長・周期・波の速さの関係を書き、意味を説明しなさい。

解答例：v=fλ=λ/T。1周期の間に波が1波長進むことを表す。

解説：波の基本式です。

問題：位相が同じであるとはどのような状態か説明しなさい。

解答例：山と山、谷と谷のように振動の状態が一致していること。

解説：干渉条件を考える基礎です。

問題：重ね合わせの原理を説明しなさい。

解答例：複数の波が同じ場所で重なるとき、合成変位は各波の変位の和になる。

解説：干渉や定常波の基礎です。

問題：強め合いの条件を、経路差と波長で説明しなさい。

解答例：経路差が波長の整数倍のとき強め合う。

解説：同位相で到達するためです。

問題：振動数50Hz、波長0.40mの波の速さを求めなさい。

解答例：20m/s。

解説：v=fλ=50×0.40=20m/sです。

問題：周期0.020秒の音の振動数を求めなさい。

解答例：50Hz。

解説：f=1/T=1/0.020=50Hzです。

問題：定常波が進行波と異なる点を説明しなさい。

解答例：節と腹の位置が固定され、波形全体が進んでいかない点が異なる。

解説：反対向きの同じ波が重なると生じます。

問題：音の高さ・大きさ・音色が波の何に対応するか説明しなさい。

解答例：高さは振動数、大きさは振幅、音色は波形に対応する。

解説：音の三要素です。

問題：開管と閉管で基本振動の波長条件が異なる理由を説明しなさい。

解答例：開口端は腹、閉口端は節になり、端の条件が異なるため。

解説：境界条件が定常波を決めます。

問題：ドップラー効果とは何か説明しなさい。

解答例：波源と観測者の相対運動により、観測される振動数が変化する現象である。

解説：救急車のサイレンの例が代表的です。

問題：光が屈折する理由を、媒質中の速さにふれて説明しなさい。

解答例：媒質によって光の速さが変わり、境界面で進行方向が変化するため。

解説：屈折率は光速の変化に関係します。

問題：全反射が起こる条件を説明しなさい。

解答例：屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ進むとき、入射角が臨界角より大きい場合に起こる。

解説：光ファイバーに利用されます。

問題：ヤングの実験で明線ができる条件を説明しなさい。

解答例：二つのスリットからの光の経路差が波長の整数倍になること。

解説：光の干渉を示す実験です。

問題：回折とは何か説明しなさい。

解答例：波が障害物の裏側やすき間の先へ回り込む現象である。

解説：波長がすき間の幅に近いほど目立ちます。

問題：偏光が横波の性質を示す理由を説明しなさい。

解答例：振動方向を特定の向きにそろえる現象であり、進行方向に垂直な振動をもつ横波で説明できるから。

解説：光が横波である証拠の一つです。

問題：弦の長さ0.60m、両端固定で基本振動が出ている。波長を求めなさい。

解答例：1.2m。

解説：両端固定の基本振動ではL=λ/2なのでλ=2L=1.2mです。

問題：長さ0.85mの閉管で基本振動が生じる。音速340m/sとして振動数を求めなさい。

解答例：100Hz。

解説：閉管基本振動ではL=λ/4、λ=3.4m、f=340/3.4=100Hzです。

問題：経路差が2.5波長の点では干渉はどうなるか説明しなさい。

解答例：弱め合う。

解説：経路差が半整数倍の波長なので逆位相で到達します。

問題：屈折率1.5の媒質中での光速を、真空中の光速3.0×10^8m/sとして求めなさい。

解答例：2.0×10^8m/s。

解説：v=c/n=3.0×10^8/1.5=2.0×10^8m/sです。

問題：音源が観測者に近づくと高い音に聞こえる理由を説明しなさい。

解答例：観測者に届く波面の間隔が短くなり、観測振動数が大きくなるため。

解説：ドップラー効果です。

問題：同じ振幅Aの同位相の波が重なったとき、合成波の振幅を求めなさい。

解答例：2A。

解説：変位が同じ向きに加わるため振幅は2倍です。

問題：反射で自由端と固定端の位相変化の違いを説明しなさい。

解答例：自由端反射では位相が反転せず、固定端反射では位相が反転する。

解説：端の動きやすさの違いが反射波に表れます。

問題：薄膜干渉で反射時の位相変化を考慮する必要がある理由を説明しなさい。

解答例：反射する境界の屈折率の大小で位相がπずれる場合があり、強め合い・弱め合いの条件が変わるから。

解説：経路差だけでは判断できない場合があります。

問題：弦の張力を4倍にすると波の速さと基本振動数はどうなるか説明しなさい。

解答例：波の速さは2倍になり、弦の長さが同じなら基本振動数も2倍になる。

解説：弦の波速は張力の平方根に比例します。

問題：開管の第2倍音と閉管の第3倍音について、腹と節の配置の違いを説明しなさい。

解答例：開管は両端が腹、閉管は閉端が節で開端が腹となり、許される定常波の形が異なる。

解説：開管は整数倍、閉管は奇数倍が基本です。

問題：光の干渉縞の間隔がスリット間隔を大きくすると狭くなる理由を説明しなさい。

解答例：同じ経路差を生む角度が小さくなるため、スクリーン上の明線間隔が小さくなるから。

解説：ヤングの実験では間隔はスリット間隔に反比例します。

問題：波動においてエネルギーは運ばれるが媒質そのものは遠くへ運ばれないことを説明しなさい。

解答例：媒質の各点はつり合いの位置の周りで振動し、その振動状態が隣へ伝わることでエネルギーが伝わるから。

解説：水面波の浮きの動きを考えると分かります。

問題：音速測定で気温を補正する必要がある理由を説明しなさい。

解答例：空気中の音速は気温によって変化し、温度が高いほど大きくなるため。

解説：音速は媒質の状態に依存します。

問題：回折格子で多数のスリットを用いると明線が鋭くなる理由を説明しなさい。

解答例：多くの波が重なるため、条件を満たす方向だけで強く強め合い、それ以外では打ち消し合いやすくなるから。

解説：分解能が高くなります。

問題：定常波実験で節が完全に動かないように見える理由を説明しなさい。

解答例：同じ振幅で逆向きに進む波が重なり、節では常に変位が打ち消し合うから。

解説：節では合成変位が常に0です。

問題：波の式を使わずに、位相差が干渉結果を決める理由を説明しなさい。

解答例：同じ点に到達した波の振動状態が同じ向きなら強め合い、逆向きなら弱め合うため。

解説：位相は波の振動状態を表します。

問題：媒質が異なる境界で波の振動数が変わらない理由を説明しなさい。

解答例：境界を通過する山の到着頻度は波源によって決まり、境界で突然変わらないから。

解説：変わるのは速さと波長です。

問題：定常波で腹の位置では振幅が大きくなる理由を説明しなさい。

解答例：反対向きの波が常に同じ向きに重なり、変位が強め合うから。

解説：腹では合成振幅が最大です。

問題：閉管で偶数倍音が現れない理由を説明しなさい。

解答例：閉端が節、開端が腹という条件を満たす波形が奇数倍の振動に限られるから。

解説：境界条件が倍音を制限します。

問題：ドップラー効果で観測者が動く場合と音源が動く場合の違いを説明しなさい。

解答例：観測者が動く場合は受け取る波面数が変わり、音源が動く場合は媒質中の波長自体が変わる。

解説：式が異なる理由です。

問題：光の干渉で単色光を用いる理由を説明しなさい。

解答例：波長がそろっていないと明暗の位置が重なってぼやけるため。

解説：干渉縞を明確にする条件です。

問題：偏光板を二枚直交させると光が通らない理由を説明しなさい。

解答例：一枚目で特定方向の振動だけになり、二枚目がその振動方向を通さないため。

解説：横波の振動方向を考えます。

問題：回折が障害物の大きさに対して波長が長いほど目立つ理由を説明しなさい。

解答例：波の広がりが大きくなり、障害物の裏側まで回り込みやすくなるから。

解説：波長とすき間幅の比が重要です。

問題：薄膜の色が見る角度で変わる理由を説明しなさい。

解答例：反射光の経路差が角度によって変わり、強め合う波長が変化するから。

解説：シャボン膜の色の原理です。