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🔬物理クイズ 問題と解説

力学・電磁気・熱力学・量子論など、物理学に関するクイズです。自然界の法則を発見した偉人たちのエピソードも含みます。1210問のうち第261280問を掲載しています(14ページ目/全61ページ)。

  1. 261難易度 ★★☆☆☆

    振幅(amplitude)とは何を表しますか?

    正解:波の平衡位置からの最大変位
    解説:振幅とは波の平衡位置(基準線)からの最大変位の大きさです。音波では音の大きさ(音量)に、光波では明るさに対応します。山から谷までの距離は振幅の2倍(全振幅)です。
  2. 262難易度 ☆☆☆☆

    周波数(frequency)の単位はどれですか?

    正解:Hz
    解説:周波数の単位はHz(ヘルツ)です。1Hz=1秒間に1回の振動。音楽のA音(ラ)は440Hz、人間の可聴域は約20Hz〜20000Hzです。
  3. 263難易度 ★★☆☆☆

    周期が0.02秒の振動の周波数はいくらですか?

    正解:50Hz
    解説:周波数f=1/T=1/0.02=50Hz。周期Tと周波数fは逆数の関係(f=1/T)にあります。50Hzは日本の西日本の交流電源の周波数でもあります。
  4. 264難易度 ★★☆☆☆

    波が伝わる方向と媒質の振動方向が平行な波を何といいますか?

    正解:縦波
    解説:縦波(疎密波)は波の進行方向と媒質の振動方向が平行です。音波が代表例で、空気の疎密(圧縮と膨張)が伝わります。一方、横波は振動方向が進行方向に垂直です。
  5. 265難易度 ★★★☆☆

    地震のS波は縦波と横波のどちらですか?

    正解:横波
    解説:S波(Secondary wave/せん断波)は横波です。P波(Primary wave)が縦波です。横波は固体のみを伝わるため、S波は液体の外核を通過できません。これが地球の内部構造の証拠になりました。
  6. 266難易度 ☆☆☆☆

    音波はどのような種類の波ですか?

    正解:縦波
    解説:音波は縦波(疎密波)です。空気の粗密(圧縮と膨張)が波として伝わります。音波は媒質(空気・水・固体)が必要で、真空中では伝わりません。
  7. 267難易度 ★★☆☆☆

    光は真空中を伝わることができます。この理由として正しいのはどれですか?

    正解:光は電磁波(横波)であり媒質が不要だから
    解説:光は電磁波であり、電場と磁場の振動が互いに直交して伝わる横波です。電磁波は媒質なしで真空中を伝わることができます(速度約3×10⁸m/s)。
  8. 268難易度 ★★★★

    波が反射するとき、固定端反射(節を形成する端)では位相はどうなりますか?

    正解:位相がπ(180°)ずれる(逆位相)
    解説:固定端反射(例:弦の固定された端)では、反射波の位相がπ(180°)ずれます(逆位相)。自由端反射では位相は変わりません。この違いが定常波のパターンを決定します。
  9. 269難易度 ☆☆☆☆

    救急車が近づいてくるとき、聞こえるサイレンの音の高さはどうなりますか?

    正解:高くなる
    解説:ドップラー効果により、音源が近づくと観測される周波数が高くなり(音が高く聞こえ)、遠ざかると周波数が低くなります。これはサイレンの音に最もよく体験できる現象です。
  10. 270難易度 ★★★★

    ドップラー効果の公式で、音源が速度vₛで近づくとき、観測者が聞く周波数f'はどれですか(音速をv、音源の周波数をf₀とする)?

    正解:f'=f₀×v/(v-vₛ)
    解説:音源が観測者に近づく場合、f'=f₀×v/(v-vₛ)。分母が小さくなるため周波数が高くなります。音源が遠ざかる場合はf'=f₀×v/(v+vₛ)で周波数が低下します。
  11. 271難易度 ★★★☆☆

    ドップラー効果は音波以外にも起きますか?

    正解:すべての波で起きる
    解説:ドップラー効果はすべての波で生じます。光(電磁波)でも起き、宇宙の膨張の証拠(赤方偏移)や速度測定(交通取締りのレーダー、医療用超音波診断)に応用されています。
  12. 272難易度 ★★★☆☆

    音速が340m/sのとき、440Hzの音の波長はいくらですか?

    正解:约0.77m
    解説:λ=v/f=340/440≈0.77m。波長=波速÷周波数の公式から計算します。440HzはA音(ラ)の標準周波数で、オーケストラの調律に使われます。
  13. 273難易度 ☆☆☆☆

    マッハ数2で飛ぶ飛行機の速さは音速の何倍ですか?

    正解:2倍
    解説:マッハ数は音速を基準とした速度の比率です。マッハ2は音速の2倍(約680m/s)に相当します。マッハ1を超えると衝撃波(ソニックブーム)が発生します。
  14. 274難易度 ★★★★

    弦楽器(バイオリンなど)で定常波が生じる条件はどれですか?

    正解:弦の長さが半波長の整数倍
    解説:両端固定の弦に定常波が生じる条件は、弦の長さL=nλ/2(nは正整数)です。基本振動はn=1でL=λ/2、倍音はn=2,3…と続きます。これが楽器の音程の物理的根拠です。
  15. 275難易度 ★★☆☆☆

    共鳴(resonance)とはどのような現象ですか?

    正解:固有振動数と一致する周波数の力が加わると振動が増大する現象
    解説:共鳴とは、物体の固有振動数と外部からの振動数が一致したとき、振動のエネルギーが効率よく伝わり振動が大きくなる現象です。橋の共鳴崩壊(タコマナローズ橋)が有名な例です。
  16. 276難易度 ★★★☆☆

    うなり(beat)とはどのような現象ですか?

    正解:わずかに異なる周波数の2音が重なり、音量が周期的に変動する現象
    解説:うなりは周波数がわずかに異なる2つの音波が重なり合うとき、振幅(音量)が周期的に大きくなったり小さくなったりする現象です。うなりの周波数=2つの音の周波数の差。楽器の調律に使われます。
  17. 277難易度 ★★★☆☆

    440Hzと444Hzの音が同時に鳴るとき、1秒間に何回うなりが聞こえますか?

    正解:4回
    解説:うなりの周波数=|f₁-f₂|=|440-444|=4Hz。つまり1秒間に4回のうなりが聞こえます。楽器の調律では、うなりが聞こえなくなるまで音程を合わせていきます。
  18. 278難易度 ★★★★

    開管(両端が開いた管)の最低共鳴(基本振動)の波長は管の長さLとどのような関係ですか?

    正解:λ=2L
    解説:開管では両端が腹(antinode)となります。基本振動の条件はL=λ/2なので、λ=2L。閉管(片端閉)ではλ=4Lが基本振動の波長です。
  19. 279難易度 ★★★☆☆

    地震のP波について正しい記述はどれですか?

    正解:固体・液体・気体を伝わる縦波である
    解説:P波(Primary wave、一次波)は縦波(圧縮波)で、固体・液体・気体のすべての媒質を伝わります。S波(横波)より速く(約6〜8km/s)、地震到達の最初の揺れ(初期微動)を引き起こします。
  20. 280難易度 ★★★★

    S波(地震の二次波)が液体中を伝わることができない理由はどれですか?

    正解:液体はせん断応力(ずれ応力)を維持できないから
    解説:S波は横波(せん断波)で、媒質のせん断(ずれ)変形を利用して伝わります。液体はせん断応力を維持できないため、S波は液体中を伝われません。この性質から地球の外核が液体であることが分かりました。

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