高卒認定試験 物理基礎 H27-2 大問4 問2 解説+解答

解説:

(1)
管の右側は、ピストンで閉じているので、波のになる。
管の左側は、開口部なので、波のになる。
この波の形状を表しているのが②、④である。

問いは、最初に共鳴が起きた時の波の形なので、②が正解である。

(2)
最初の共鳴と二回目の共鳴の管内の定常波の様子を並べて描くと下図のようになる。

開口部からの1個目の節と2個目の節(ピストンの位置)の間の距離が\(35 – 11cm = 24 cm \)であり、これが、1/2波長である。したがって、1波長は、\( 24cm \times 2 = 48cm \)となる。

最初の共鳴した場所の11㎝が1/4波長にも見えるが、開口端補正(定常波の腹は気柱からちょっとはみ出る)で、1/4波長ピッタリではない。
波長を\( 11cm \times  4 = 44cm \) としないように。

以上。