問題文全文(内容文)：
反射波、定常波についての説明動画です

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$_{239}$Puは半減期$2.4×10^4$〔年〕で崩壊する放射性物質である。崩壊せずに残っている$_{239}$Puの量がもとの10%になるまでに要する年数ｔを有効数字2桁で表せ。ただし、$log_{10}2＝0.30$とする。

宿題
古代遺跡から発掘された植物体内の$^{14}$Cの$^{12}$Cに対する割合は，大気中のそれの0.71倍であった。この発掘された植物は今からおよそ何年前に生育していたものと推定されるか。これを有効数字2桁で表すとき，次の式中の空欄ア〜ウに入れる数字として最も適当なものを答えよ。ただし，$^{14}$Cのβ崩壊の半減期は$5.73×10^3$年であり，大気中の$^{14}$Cと$^{12}$Cの割合は常に一定とする。また，$\frac{1}{\sqrt{2}}＝0.71$である。 $□ ．□×10^□$

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X線管において、初速度0の電子を電圧1.5kVで加速し、陽極金属に衝突させると、X線が発生して、図のようなスペクトルが得られた。電気素量を$1.6×10^{-19}$［C］、プランク定数を$6.6×10^{-34}$［J・s］、真空中の光速を$3.0×10^8$［m/s］とする。次の各問に答えよ。
（1） 加速された電子のもつエネルギーは何eVか。
（2） 連続X線の最短波長はいくらか。
（3） 加速電圧を3倍にしたとき、次の値は何倍になるか。
① 連続X線の最短波長　　　　② 特性X線の波長

宿題
右図は、X線管によって発生したX線のスペクトルである。プランク定数をh、光速をcとする。
（1） 右図の①、②に適当な語句を入れよ。
（2） 初速度0で陰極を出た電子（電気量−e）を電圧Vで加速し、陰極に当てたとき、陰極から放出されるX線光子の持つ最大エネルギーを求めよ。
（3）（2）のとき、X線の最短波長λ₀はいくらか。
（4） ②Ｘ線の波長をλ₁、λ₂とすると、加速電圧Ｖを大きくしても変化しないのは、λ₀、λ₁、λ₂ のどれか。

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図は、実効値 100Vの交流電源における電圧の時間変化を示している。
(1) 交流電圧の最大値 V₀を求めよ。
(2) 交流の周波数を求めよ。
(3) 10kΩの抵抗をこの交流電源につないだとき、抵抗に流れる電流の時間変化をグラフで表せ。

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2　次の文章を読み、下の問1〜4に答えなさい。［解答番号　1　〜　4　］
図のように、鉛直に置かれた内部の断面積が S の円筒形のシリンダーに、シリンダー内部と同じ断面積で質量 m のピストンがはまって静止しており、内部に単原子分子理想気体が封入されている。シリンダーとピストンは断熱材でできており、ピストンはシリンダーの内壁と気密を保ってなめらかに動くことができる。最初、ピストンが静止している状態を初期状態とし、ピストンが静止している位置を x = 0 として鉛直下向きを正とする x 軸をとる。このときの容器内の気体の圧力を p₀、体積を V₀、温度を T₀ とする。
初期状態から、ピストンを鉛直下方向にわずかにゆっくりと押し下げてから手を放すと、ピストンは単振動を始めた。外気の温度は初期状態の容器内の気体の温度と等しく T₀ で、外気の圧力は P₀、重力加速度の大きさを g とする。単原子分子理想気体の断熱変化では、気体の圧力 p と体積 V の間に、$p V^{\frac{5}{3}} = \text{一定}$ が成立する。また、ε を実数として $\vert{}\varepsilon\vert{}$ が 1 に対して十分に小さいとき、ε の2次以上の項を無視する以下の近似式を用いてよい。
$$(1 + \varepsilon)^\alpha \approx 1 + \alpha \varepsilon \quad (\alpha \text{は実数})$$

問1
ピストンの位置が $x$ のとき、容器内の気体の圧力を $p_x$ とする。初期状態からの体積変化 $Sx$ は初期状態の気体の体積 $V$ に比べて十分に小さい。このとき、$p_x$ と $p_0$ の関係は、$V, S, x$ を用いてどのように表されるか。最も適したものを選びなさい。
$p_x = \fbox{1} \times p_0$

① $\left(1 - \frac{5Sx}{3V}\right)$
② $\left(1 - \frac{3Sx}{2V}\right)$
③ $\left(1 - \frac{2Sx}{3V}\right)$

④ $\left(1 + \frac{2Sx}{3V}\right)$
⑤ $\left(1 + \frac{3Sx}{2V}\right)$
⑥ $\left(1 + \frac{5Sx}{3V}\right)$


問2
ピストンに作用する力は $x$ 軸正の向きを正とする。ピストンの位置が $x$ のとき、ピストンに作用する力 $F$ はいくらか。最も適したものを次の ①～⑥ のうちから一つ選びなさい。
$F = \fbox{2}$

① $-\frac{5p_0 S^2}{3V}x$
② $-\frac{3p_0 S^2}{2V}x$
③ $-\frac{2p_0 S^2}{3V}x$

④ $mg - \frac{5p_0 S^2}{3V}x$
⑤ $mg - \frac{3p_0 S^2}{2V}x$
⑥ $mg - \frac{2p_0 S^2}{3V}x$


問3
ピストンの単振動の周期 $t$ はいくらか。最も適したものを次の ①～⑥ のうちから一つ選びなさい。
$t = \fbox{3} \times \frac{2\pi}{S}$

① $\sqrt{\frac{3mV}{5p_0}}$
② $\sqrt{\frac{2mV}{3p_0}}$
③ $\sqrt{\frac{mV}{p_0}}$

④ $\sqrt{\frac{3mV}{2p_0}}$
⑤ $\sqrt{\frac{2mV}{p_0}}$
⑥ $\sqrt{\frac{5mV}{2p_0}}$

問4
シリンダーを同形で熱をよく通す物質でできたものに替える。初期状態は同じ圧力 $p_0$、体積 $V_0$、温度 $T_0$ である。初期状態から、ピストンを鉛直方向にわずかにゆっくりと押し下げてから手を放すと、ピストンは単振動を始めた。ピストンが単振動中、容器内の気体の温度は外気と同じ温度 $T_0$ に保たれるものとし、この場合のピストンの単振動の周期を $t'$ とする。$t'$ は $t$ の何倍か。最も適したものを、次の ①～⑥ のうちから一つ選びなさい。$\frac{t'}{t} = \fbox{4}$

① $\sqrt{\frac{3}{5}}$
② $\sqrt{\frac{2}{3}}$
③ $\sqrt{\frac{3}{2}}$
④ $\sqrt{\frac{5}{3}}$
⑤ $\sqrt{2}$
⑥ $\sqrt{3}$