ソクマル高卒認定(物理基礎)

問3 上の文中の オ にあてはまる数値として正しいものはどれか。次の1 ~4 の…

図1 は,気柱の共鳴実験の装置である。長いガラス管の左側の管口の近くに発振器をつないだ スピーカーを置き,ガラス管の右側からピストンを差し込む。ピストンの位置やスピーカーから 出る音の振動数を変えて,ガラス管内の空気を共鳴させる。下の文は,共鳴実験を行う生徒たち と先生の会話である。問1 ~問6 に答えよ。 ガラス管 ピストン 発振器 スピーカー 図1 生徒A:先生,この装置で気柱の共鳴が起こる理由を説明していただけませんか。 先生 :ピストン側では,空気の分子が自由に振動できず,音波は ア 端による反射になり ます。スピーカー側では,空気の分子が自由に振動でき,音波は イ 端による反射 になります。このため,気柱の長さを変えて管内に ウ が生じると,音が大きくな ります。この現象が共鳴です。管内に ウ が生じているとき,ピストン側には節が, スピーカー側には腹が生じています。 先生 :では,実験してみましょう。ピストンの位置を管口から11 cm に固定し,スピーカー から出る音の振動数を少しずつ大きくしていきましょう。 生徒B:音が大きくなりました。発振器は684 Hz を示しています。 先生 :これが基本振動です。 生徒A:気温から音速は342 m/s ですから,波長は エ cm になりますね。 先生 :ピストンの管口からの長さは11 cm でしたね。このとき,節から腹までの長さとピス トンから管口までの長さを比較すると,腹は管口の少し外側にあることがわかっていま す。管口から管の外の腹までの長さは開口端補正と呼ばれています。管口付近の波形を 図で示すと,図2 のようになります。 生徒A:管の長さと波長から計算すると,開口端補正は オ cm ですね。 ガラス管 ピストン 腹 管口 図2
問3 上の文中の オ にあてはまる数値として正しいものはどれか。次の1 ~4 のうちから 一つ選べ。
この問題は問題の図(写真・図・表など)を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。

解説

正解は3です。片側が閉じた管の基本振動では、管の長さが波長の4分の1にあたります。波長は50 cmなので、その4分の1は12.5 cmです。ところがピストンまでの長さは11 cmなので、差の1.5 cmが管口の外側にある腹までの長さ、つまり開口端補正になります。腹が管口の少し外にあるという説明と、計算の差が結び付いています。
出典:文部科学省ホームページ(https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00017.htm)を加工して作成

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