共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問2 (物理基礎（第1問） 問2)

解答　以下の図を参照

解説

問題文より、自由端反射であることに注意します。

図1は、時刻t＝0における波の波形であり、

この波はx軸の正の向きに速さ0.1m／sで進むため、

6sの間にx軸の正の向きに0.6m進みます

(6マスぶんだけ右へ進みます)。

よってt＝6.0sでの波形をいったん壁を無視して描くと、

以下の図の色付きの点線のようになります。

自由端反射であることに注意して、

x>1.0mの範囲の波(赤の点線)をx=1.0mについて

折り返した波と、青の点線を重ね合わせることで、

黒の太い実線のような合成波が得られます。

この問題でおさえておきたいポイントは「反射波の波形」および「合成波の波形」の２つです。

まずは反射波の波形についてです。まず「もし反射壁が無かった場合の波形」を描きます。自由端反射の場合、壁より先の波を端を軸として線対称に対称移動させることで反射波を描きます。また、固定端反射の場合は端を中心として点対称に対称移動させることで反射波を描きます。

次に合成波の波形についてです。波が複数存在する範囲では波形は「重ね合わせの原理」にしたがいます。これは単純に各地点の変位の足し算によって合成波を描くことができます。特に端において、変位が倍増されるのが自由端反射、変位が常に０になるのが固定端反射となります。

以上のことから、今回の問題を解いていきましょう。まずは壁が無かったとした場合の波形を描きます。波の伝わる速度がx軸の正の向きに0.1m/sで、t=6.0sでの波形ということで、図1に比べて山の部分が右向きに0.6mだけ進むため、以下の図の黒実線および黒点線のような波形となります。その波形を自由端を軸として線対称に対称移動すると赤点線のようになり。黒実線と合成すると赤実線のようになります。したがって、選択肢のうち自由端に大きな山が生じているものを選べばいいでしょう。