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獨協医科大学物理2012年第3問

次の文章を読み、下の問1~4に答えなさい。〔解答番号14

線密度ρの弦の一端を振動装置に固定し、他端には滑車を介して質量の合計がmのおもりをつるす。弦の振動部分は水平に張ってあり、その長さはlである。はじめ、振動装置の振動数をfとしたところ、弦には図のように腹が3個の定常波が生じた。

重力加速度の大きさをgとする。なお、弦の線密度とは、弦の単位長さあたりの質量のことである。

dokkyoika-2012-physics-3-1
  • 問1 図の状態で、弦を伝わる波の速さVはいくらか。正しいものを、次の(1)~(6)から一つ選びなさい。V=1
    • (1) 13fl
    • (2) 12fl
    • (3) 23fl
    • (4) fl
    • (5) 43fl
    • (6) 32fl
  • 問2 弦を伝わる波の速さVは、弦の張力をTとすると、線密度ρを用いてV=T/ρで与えられる。いま、振動装置の振動数はfのままで、腹が6個の定常波が生じるようにするには、おもりの質量の合計をmの何倍にすればよいか。正しいものを、次の(1)~(8)から一つ選びなさい。2
    • (1) 14
    • (2) 13
    • (3) 12
    • (4) 23
    • (5) 1
    • (6) 2
    • (7) 3
    • (8) 4
  • 問3 腹が6個の定常波が生じた問2の状態から、振動装置の振動数をfより徐々に小さくしていったところ、定常波ができなくなったがしばらくするとまた定常波が生じるということが繰り返された。振動装置の振動数をほぼ0まで小さくするとき、はじめの状態を除いて、何回定常波が生じるか。正しいものを、次の(1)~(8)から一つ選びなさい。3
    • (1) 1
    • (2) 2
    • (3) 3
    • (4) 4
    • (5) 5
    • (6) 6
    • (7) 7
    • (8) 8
  • 問4 再び、装置全体を振動数がfで腹が3個の定常波が生じていたはじめの状態に戻し、この状態から振動装置の振動数をfだけ増加させたところ、腹が4個の定常波が生じた。fはいくらか。正しいものを、次の(1)~(8)から一つ選びなさい。f=4
    • (1) f8
    • (2) f4
    • (3) f3
    • (4) f2
    • (5) 23f
    • (6) 34f
    • (7) f
    • (8) 32f