Question

あ

光の干渉に関する問題です。
問4のVの向きがx方向正の向きになる理由が知りたいです。
よろしくお願いします。

次の文を読み、以下の問いに答えよ.して
身近にあるものを使って光の実験を行うため、次のA,B,Cを準備した。
A: 透明なアクリル樹脂の平板(厚み 5.0mm) を2枚重ねて留め具で固定したもの
B:牛乳を少量混ぜて少し白濁させた水を入れた透明なペットボトル
AMA
C: レーザーポインター (波長532nmの緑色レーザー光を出す. 1nm =1×10~9
部屋を暗くしてBのペットボトルにCのレーザーポインターが発する光線を入射して
みると, 液体全体が淡い緑色に光った. これは,水を白濁させている粒子によって入射し
| され,いろいろな向きに進む光を生じた結果と考えられる
次に,図1のように B の光るペットボトルを A のアクリル板に映してみると,ペット
ボトルの像に重なって明暗の縞(しま)模様が見えた.Aに対するBからの光の入射角と反
射角がほぼ0であるような配置で観察すると,図2に示す楕円のような形をした縞模様が
見えた.このとき,アクリル板どうしが密着するようにAを両面から指で押すと,縞模様
の位置や形に変化が生じた.アクリル板1枚だけを用いて実験した場合には縞模様は現れ
なかった.
B
C
図 1
I
図2
cook
m)
このような縞模様が現れた原因として,2枚のアクリル板の間に薄い空気層があり,空
気層の厚さが場所によって変化していることが考えられる.図3のように、アクリル板1
の中を進んできた入射光は,一部が空気層との境界Iで反射され、残りの一部が空気層に
進みアクリル板2との境界Jで反射される。観測者はこれら2つの反射光の重ね合わせを
見ることになるが, 2つの反射光には経路差による位相の差が生じている.また, 空気と
アクリル樹脂の屈折率はそれぞれ 1.0 と 1.5 なので
イで反射するときにウ
[rad] の位相の差が加わる.このように, 複数の波動が重なり合い特定の場所で強め合う
(または弱め合う)現象を
という.

入射光
ア
アクリル板1|||
空気
アクリル板 2 丁
x
問1 空欄
1
(1) 0 (m) (2) π
2
(7) うなり
I
反射光
図3
h
方向
||||·
図 4
→方向
Abeでお
に最も適する語句を次の語群から選び、番号で答えよ.
(3) T
(5) I
(6) J
(8) 干渉
(9) 屈折
(10) ET
(11) 散乱
(13) 分光
(14) 分散
(15) 偏光
(12) 波面
問2 図3において, Ⅰ と J からの反射光が, (1) 同位相となっている場合, および(2)
逆位相となっている場合のそれぞれについて, この場所での空気層の厚さん 〔m〕 は光の
波長 入 〔m〕 の何倍となっているか. 整数m (=0,1, 2, ......) を使って答えよ
問3 図3のように, x 方向正の向き (紙面右向き)に行くほど空気層の厚さが増大している
場所を考える.この向きに x [m〕 だけ移動すると, 空気層の厚さが sax 〔m〕 だけ増
大し,sは場所によらず一定とすれば,図4のようにx 方向に等間隔に並ぶ平行な縞模様
が観察されるはずである. 縞模様の暗線の間隔d [m〕 を求め, 1, s を用いて答えよ.
問4 前問3において, 図4のような明暗の縞模様が観察されているものとする. このと
き, もしアクリル板1 全体が速さu 〔m/s] でアクリル板2に向かって (入射光と同じ向
きに) 平行移動を始めたとすると, 空気層の厚さが一様に減少し, 明暗の縞模様は移動
を始めるだろう.縞が移動する向き (x 方向正の向きか,負の向きか) を答え、移動の速
さV [m/s] を求めよ.
問5 下線部の観察を行ったとき, A に圧力を加え始めると図2に示す楕円のような形を
した縞模様は中心に向かって収縮し, 中央部分に吸い込まれていくような動きを見せた.
アクリル板の間の空気層の厚さは、図2の中央部分において周囲とくらべて厚い, 薄い
のどちらといえるか 答を記し, その理由を 40文字以内で答えよ.
問6 前問5において, A に圧力を加えるにつれて, 図2とまったく同じ縞模様が5回再
現された.この間に、2枚のアクリル板の間の間隔は何ナノメートル (nm) 変化したと
考えられるか.数値で答えよ.
2π
0.0

高校物理 光の干渉