2024-07-01
復習問題
振動波動論 第12回 復習問題
実施・提出期間
締切: 2024/07/10 (水) 13:30 までに, 下記の問題を実施し, 提出してください.
注意事項
手書きで計算したものを1つのpdfにまとめて提出してください
紙に直筆したものを写真 or スキャンする場合は, 中身がハッキリ読めることを確認してください
タブレット等を用いて電子的に手書きするのもOKです
画像ファイルをそのまま何枚も提出したり, zipにまとめて提出したものは受取不可とします
授業資料の解答を丸写しするのではなく, 授業内容を思い出しながら自分の手で計算するようにしてください
授業直後に復習することはもちろん素晴らしいです!! その後, なるべく数日空けてから再学習として本課題を実施し, 提出することを是非試してみてください.
問題
干渉
下図のように平面波が進んできた先に, 2つのスリットがあいた板を置いたとする. 平面波が各スリットを通過すると, 図のように各スリットを波源とするかのような波として考えることができる. これをホイヘンスの原理という.
ホイヘンスの原理を使うと, 各々のスリットの位置から
すると, 右側に設置されたスクリーン上の波は, 2つのスリットから来る2つの波の重ね合わせとして表現できる. ここで,
波の山と山が重なれば波は増幅され,
逆に, 波の山と谷が重なると相殺して振幅がゼロとなる
という現象が発生する. この現象を波の干渉という.
実際に, 2つのスリットからスクリーン上の位置
また, 2つのスリットの間隔を
位置
で重ね合わさった波 を記述せよ明点の条件式を導出せよ
スクリーンの間隔
がスリット間隔より十分大きい場合, スクリーン上の明点の条件式を導出せよ
回折
下図のように, 幅のあるスリットを通過した波の干渉を考える. スリットの幅を
ホイヘンスの原理を使うと, スリットの位置
振幅の重ね合わせを導出せよ
振幅が初めて0になる角度
を導出せよ が十分小さい場合のスクリーン上の波の広がりを導出せよ
まとめ
今回の授業内容を100文字以上で自分なりにまとめてください. ただし, 写経のように丸写しすることだけはやめてください.
解答
干渉
下図のように平面波が進んできた先に, 2つのスリットがあいた板を置いたとする. 平面波が各スリットを通過すると, 図のように各スリットを波源とするかのような波として考えることができる. これをホイヘンスの原理という.
ホイヘンスの原理を使うと, 各々のスリットの位置から
すると, 右側に設置されたスクリーン上の波は, 2つのスリットから来る2つの波の重ね合わせとして表現できる. ここで,
波の山と山が重なれば波は増幅され,
逆に, 波の山と谷が重なると相殺して振幅がゼロとなる
という現象が発生する. この現象を波の干渉という.
実際に, 2つのスリットからスクリーン上の位置
また, 2つのスリットの間隔を
位置 で重ね合わさった波 を記述せよ
平面波が2つのスリット
となる.
明点の条件式を導出せよ
ここで, sinの部分は時刻
一方,
: 振幅が0. すなわち, 波の干渉により光が消える (暗くなる). : 振幅が最大. すなわち, 波の干渉により光が最も大きく振動する (明るくなる).
ということを示している. すなわち, スクリーン上に明暗明暗明暗...という縞模様ができる.
すると, 明るくなる位置においては,
となる.
すなわち, 2つのスリットから出た光路差
スクリーンの間隔 がスリット間隔より十分大きい場合, スクリーン上の明点の条件式を導出せよ
光路差
となる.
したがって, スクリーン上に等
回折
下図のように, 幅のあるスリットを通過した波の干渉を考える. スリットの幅を
ホイヘンスの原理を使うと, スリットの位置
振幅の重ね合わせを導出せよ
スリット内の位置
となる.
振幅が初めて0になる角度 を導出せよ
式
の場合である. この場合の角度が
が十分小さい場合のスクリーン上の波の広がりを導出せよ
となる. この
一方, 距離
の範囲となる.
したがって, 幅
式