大学入学共通テスト(理科) 過去問
令和6年度(2024年度)本試験
問77 (物理(第3問) 問2)
問題文
図1の装置を用いて、弦の固有振動に関する探究活動を行った。均一な太さの一本の金属線の左端を台の左端に固定し、間隔Lで置かれた二つのこまにかける。金属線の右端には滑車を介しておもりをぶら下げ、金属線を大きさSの一定の力で引く。金属線は交流電源に接続されており、交流の電流を流すことができる。以下では、二つのこまの間の金属線を弦と呼ぶ。弦に平行にx軸をとる。弦の中央部分にはy軸方向に、U字型磁石による一定の磁場(磁界)がかけられており、弦には電流に応じた力がはたらく。交流電源の周波数を調節すると弦が共振し、弦にできた横波の定在波(定常波)を観察できる。
弦に3個の腹をもつ横波の定在波ができたとき、この定在波の波長を表す式として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
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問題
大学入学共通テスト(理科)試験 令和6年度(2024年度)本試験 問77(物理(第3問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)
図1の装置を用いて、弦の固有振動に関する探究活動を行った。均一な太さの一本の金属線の左端を台の左端に固定し、間隔Lで置かれた二つのこまにかける。金属線の右端には滑車を介しておもりをぶら下げ、金属線を大きさSの一定の力で引く。金属線は交流電源に接続されており、交流の電流を流すことができる。以下では、二つのこまの間の金属線を弦と呼ぶ。弦に平行にx軸をとる。弦の中央部分にはy軸方向に、U字型磁石による一定の磁場(磁界)がかけられており、弦には電流に応じた力がはたらく。交流電源の周波数を調節すると弦が共振し、弦にできた横波の定在波(定常波)を観察できる。
弦に3個の腹をもつ横波の定在波ができたとき、この定在波の波長を表す式として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
- 2L
- L
- 2L/3
- L/3
- L/2
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この過去問の解説 (1件)
01
解答 2L/3
解説
長さLの弦に生じた腹が3個の定在波の波長λを求める問題です。
両端が固定された弦に生じる定在波について、
(弦の長さ)=(腹の個数)×(半波長)
が成り立ちます。よって、
L = 3×(λ/2)
λ = 2L/3
よって答えは 2L/3 となります。
この選択肢が正解となります。
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