2枚目の写真に書いてある問題についてなのですが、解答は相対速度を使って何をしているのかよくわからないです。教えてください。

56 力学 18 18 保存則 57 滑らかで水平な床に,質量 Mの箱が置かれ、中央の位置 で質量mの小球Pが長さの 糸でつり下げられている。 重 力加速度をg とする。 P m M A I図の静止状態で, Pだけに水平右向きに初速vo を与える。 (IPが最高点に達したときの箱の速さを求めよ。ただし,Pは箱 には衝突しないものとする。 (2)そのとき糸が鉛直方向となす角を0 として, cos O を求めよ。 II. 糸が鉛直方向と角をなす位置AまでPを移し, 全体が静止した 状態でPを静かに放す。 SPが最下点に達したときのPと箱の速さをそれぞれ求めよ。 (2)摩擦がないので、力学的エネルギー保存則が成り立つ。P は I-lcos bo だけ高い位置にきたから 1/12mus²=1/23mv+1/2M+mg(1-lcos 0。) (1)のv1 を代入して cos を求めると Mv2 難しいこと考えないでこれで+Migl (3)運動量保存則より,水平方向の全運動量 0なので、Pが左へ動けば箱は右へ動く。 最下点での速さをv, Vとすると ......① mv = MV 力学的エネルギー保存則より mg(1-1cos9)=1/23 2 P そのとき、箱ははじめの位置からどれだけ動いているか。 (東工大+京都大 ) ①②より v= V 5mv2 + 1/12 MV2 /2Mgl (1-cos 0) m+M V = m√ (4) 水平方向には全体の重心Gは動かない。 箱の 重心をMとする。 2つの質点の重心は,質点間 質量の逆比で内分する点である。 初めのMと Pの水平方向の距離 sin0 に着目すれば, 箱 2gl(1-cos 0) M(m + M) I sin A 糸 MW iM Level (1)~(3)(4)★★ Point & Hint (1)~(3) 最高点の扱い方や保存則の適用など, 前問17と同様。 (4) 運動量が保存されるとき、重心の速度は一定となる (エッセンス (上) p66 ここでは、はじめ静止しているので、重心の位置は水平方向には動 かないことになる。 運動量保存則から両者の移動距離の比が一定になること に注目してもよい。 LECTURE (1)Pが最高点に達したとき,Pと箱の速度 U は等しくなっている。 水平方向には外力 がなく、運動量保存則が成り立つので mv=mvi+Mv1 ..ひ= m m+MU 止まった V₁ V₁ P A が動いた距離 Dは m D= lsin 0 MP m+M 別解 初めのMの位置を原点として水平右向き にx軸をとり、重心の公式を用いて解いてもよ い。 重心の座標はDだから 糸 M OP D= mlsin0+M× 0 m+M 別解 ①より V=Mつまり,両者の速さの 比は常に一定。そこで,動いた距離の比も同 じく, //= M となるはず。 D m 一方, 図より line = D+d これら2式よりDを求めることもできる。

物理（1）についてです。 Pのグラフはなぜこのようになるのでしょうか、教えて欲しいです。

基本例題 61 抵抗で消費される電力 →298,300 解説動画 抵抗R (抵抗値R) に交流電圧 V = Vosinwt を加える と、各時刻に,電流が流れ, 電力Pが消費される。 V (1) Rを流れる電流 / およびRで消費される電力の式を Vo 求めよ。また,のグラフにならって,IPの時間的 変化のだいたいのようすをグラフにかけ。P 1周期にわたる平均の電力を求めよ。 (2)の平均の電力P を V, Iの実効値 Ve, Ie を使って表 せ 抵抗では,VとIの位相が一致するので (同符号), 電力 P20 =1sin wt, Vo² 2 V,I P=IV= -sin2wt R R 解答(1)I= IPのグラフは右の図のようになる。 2 Vo R Vo2 (2) cos20=1-2sin' を用いて P = sin'wt= (1-cos 2wt) cos2wtの1周期の平均は0になるのでP= 抵抗 _V2 2R 2R Vo よりP=IeVe Vo Io (3) Ve= Ie= = √2 202R PA V2 R T Por T

（3）の求め方がわからないです💦 三角比までは出せたんですが、式の立て方を教えてください💦

問 B 次の力のx 成分 成分をそれぞれ求めよ。 N3 (1) y (2) (3) (4) y y' 1 4.0N 4.0N 22 2.0 N 60° 45% 30° 45゜ (SN) SA 20N x 1 J 1 1 参考 三角比の値の調べ方 角の単位 rad については p.274 参照 実験などでは 30° 45° 60° 以外の角について扱うことも 多い。 そのような場合,282ペー 角 正弦 余弦 正接 度 rad sin COS tan 0° 0.00000 0.00000 1.00000 0.00000 1° 0.01745 0.01745 0.99985 0.01746 ジの三角比の表を用いると便 利である。 例えば 25°の場合, sin 25°= 0.42262 2° 0.03491 0.03490 0.99939 0.03492 3° 0.05236 0.05234 0.99863 0.05241 24° cos 25°= 0.90631 25° 0.39073 23° 0.40143 0.41888 0.40674 0.43633 0.92050 0.42447 0.91355 0.44523 0.42262 0.90631 0.46631 と調べることができる。 26° 0.45379 0.43837 0.89879 0.48773

電磁誘導 （１）なぜAからBじゃないんですか？

大 129* 金属棒を間隔L [m] で平行に並べて レールをつくり、水平面に対して傾斜角0 で設置した。レールの下端 a, b は抵抗値 R[Ω]の抵抗でつないである。 一様な磁束 密度 B〔T]の磁場を鉛直下向きにかけた状 態で,質量 m〔kg〕 の金属棒をレールの上 a B. 1 L R b 水平面 に水平に静かに置いた。 棒とレールとの摩擦と電気抵抗とは無視でき, 棒はレールに対して常に直交しているものとする。 重力加速度をg 〔m/s2] とする。 棒が滑り下りるとき,抵抗に流れる電流の向きは,図中の a→b と b→a のどちらか。 (2)棒が速さu [m/s]で動いているとき,抵抗に流れる電流の大きさを 求めよ。 (3) 十分に時間が経過した後の棒の速さを求めよ。 このとき,棒はレー (3) ル上にあるものとする。 (4) (3)の状態のとき,抵抗で単位時間あたり発生する熱エネルギーQ と重力が棒にする仕事率Pとの比を求めよ。 (熊木)

(3)の問題で、 図2はちゃんとひもを引く力が上向きで、物体も同じ上向きに動いてるから正で、49Jなのはいいけど、 図1でひもを引く力が下向きで、物体は上向きに動いてるから−49Jになると思ったんですけど、なんで正の値になるんですか？

向きと移動の向き きの場合は,仕事 W=-Fx とな W=Fxcose れぞれの力がし xcos90°=0J 力: X cos90°=0J コ: xcos 180° x(-1) 74 仕事の原理 考え方 動滑車を使って物体を引き上げるには、物体の移動距離の2倍の距離だけひもを引けばよい。 この際、ひもを引く力の大きさは物体の重さの半分になる。 (1) 物体が 0.50m上昇すると, 物体をつるして 動滑車の左右のひもは 0.50mずつ短くな る。したがって、ひもを引いた距離 x1 〔m〕は, =2×0.50=1.0m (2) ひもを引く力の大きさ Ti〔N〕は, 1.0 m 「動滑車+物体」が受ける力のつりあいから, 2T-10×9.8=0 よって, Ti=49N (3) 力がした仕事 W1 [J] は, W=Fx から, W=49×1.0=49J 0.50 m ☐ 1.0 m 答 49 N 答 49 J \2 10×9.8N (4) ひもを引く力の大きさ T2 〔N〕 は,物体が受け る力のつりあいから, T2-10×9.8=0 よって, T2=98N よって、力がした仕事 W2 [J] は, W=Fx から, W2=98×0.50=49J (=Wì) 1倍 10×9.8N 図 1 補足 動滑車を使うと, 直 接引き上げるときに比べ 加える力の大きさは小さ くなるが、その分、力を 加えて動かす距離は大き くなるので、結局, 加え る力がした仕事は変わら ない(仕事の原理)。 0.50 m 図2

物理（2）についてです。 cos 4πt÷Tの時間平均が0になるというのはどういうことですか？なぜ0になるのでしょうか。教えて欲しいです。

WB」 である。 このとき, AB と CD は速さ 運動をしており、磁場に垂直な方向には[m/s]の速さで動いているので、 X [m/s] で 磁場の方向から見たコイルの面積が増加する。それにつれて, コイルを貫く磁束が増加 し,その変化率は [Wb/s] である。したがって,コイルには大きさ [V] カ [A]の誘導電流が の誘導起電力が生じ, の向きに流れる。 P b 本 ダイオード R 電源 300 ダイオードを含む交流回路 源に抵抗値尺の抵抗, ダイオード,スイッチSを接続した回路 図1のように,交流電 がある。 ただし, ダイオードは順方向には抵抗値 0, 逆方向に交流 は抵抗値無限大の素子としてふるまうとする。 スイッチSをa側に入れて,点Qに対する点Pの電位の時間 変化を測定したところ、 図2のようになった。 (1) 抵抗に流れる電流の最大値を求めよ。 (2) 抵抗で消費する電力の時間平均を求めよ。 次に,スイッチSを b側に入れた。 図 1 VA Vol 12T -Vo (3) 点Qに対する点Pの電位の時間変化を表すグラフをかけ。図2 (4) 抵抗で消費する電力の時間平均を求めよ。 例題 61

物理　分散の範囲です 一枚目が問題、二枚目が解答です。 答えはあっていて、解説もなんとなくわかるのですが、解と書いてあるところにある文章の言っている意味がわかりません。（二枚目左ページ下） 赤に比べ、紫に対する屈折率が大きかったら、なぜ二度にわたる屈折における屈折角が小さ... 続きを読む

72 ***Exercise 雨上がりに姿を現した太陽を背にし て空を見ると、色鮮やかな虹が見えるこ とがある. 虹が現れる原理の最も基本的 な部分は、水滴を通過する光の経路に反 射と屈折の法則を適用すれば理解でき る。 簡単のため水滴は球形と仮定する。 図1に示すように、水滴への入射光とそ れに平行で水滴の中心を通る軸XY と の間の距離をとする。 ここでは、この 距離を水滴の半径4で割ったもの a 主虹と副虹の発生 時間20分 4次散乱光 入射光・ 次 一般に観測される1本の明るい虹を主虹 太陽光 X-1. 0 3次乱光 を衝突径数と呼ぶ, したがって, 衝突径数は0からまで変化する。 第2 ① 分 図3に示すように、 虹の外側に の薄い虹が現れることがある。 水の屈 車は光の酸によってわずかに異なり 色の光と比べると、紫色の光に対する 2率は約1%大きい、以下の設問の中で、 数 答えるべきものについては、主虹また 虹の赤色の光について考えればよい。 お、水滴での透過率や反射率の入射角依存性は無視できるものとする。 同じく図1に示すように、水滴の表面では入射光の一部は反射する。この反射光 散乱光と呼ぶ。 残りの光は屈折して水滴中に入射する。 次に衝突する表面でも、 過する部分(2次散乱光)と反射する部分に分かれる。 以下、同様の過程が繰り返され 入射光と散乱光のなす角0は、水滴によってどれだけ光の向きが変えられたかを 散乱角と呼ばれる。 図1には3次散乱光の散乱角と4次散乱光の散乱角が図示 ている。 また、 図2には赤色の光に対する3次散乱光と4次散乱光の散乱角を衝 の関数として示した. 3次散乱光 180 160- 1403 120 散乱角,100円 または 9. (度) 80 60 4次散乱光 40 20 0 0.1 0.2 0.3 [観者 図3 主虹 水滴の上半球から入射し、屈折 反射, 屈折を経て水から出てくる次散乱光が主 虹となる。 以下の設問に答えよ。 図2で衝突径数の変化に対し、散乱角の変化が大きいときと小さいときで、どち らの散乱光の方が明るく見えるか。 理由とともに述べよ。 (2) 設問1(1)の考察より。 主虹を形成する光の散乱角はおおよそいくらか、 (3) 主虹の場合、赤色と紫色でどちらが内側(地上側)に現れるか、理由とともに述べよ。 4次散乱光によって形成される副虹について以下の設問に答えよ。 (1) 太陽光の入射方向と観測者の位置が図3のようで あるとき、入射光が水滴内を通過して観測者の目に届 くまでの光の経路を, 3次散乱光の光経路 (右図) にな らって図示せよ。 (2) 副虹を形成する光の散乱角はおおよそいくらか。 入射光 (3) 副虹に現れる色の順番は主虹の場合と逆になる. そ の理由を図を用いて説明せよ. 3次散乱光の経路 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 衝突径数 la 虹は, 太陽がある高度よりも高くなると観測できない. その理由を説明せよ。 ⅣV 主虹と副虹の間は他の部分に比べ暗く観測される。 その理由を説明せよ。 図 2 73 (3)

物理　分散の範囲です。 全体の流れは理解できるのですが、角COHがなぜα／2になるかがわかりません。（右ページ四行目） 教えてくれたら幸いです🙇‍♂️🙇‍♂️

Solution 23-1 フレネルの複プリズム 類題 設問 (1) で示した, 頂角がαの薄いプリズムでの偏角βが入射方向に依存しないとした三角プリズムを仮想すれば,スネ されたい。 解説の参照においても,あくまで方針のみを参考にし, 考察し、 自分で レンズの光学特性の説明にも用いることができる. 例題形式で作問したので奮ルの法則の観点からレンズでの屈折光と 動かすこと. 読んでいるだけでは何も自分のものにならない. 問題: Invitation Card23-1 類題 レンズの光学特性の導出 |等しくなる. このプリズムの頂角をαと すれば,∠COH = 1/2なので,直角三角 2 形COHに注目し, α h 図のように極めて薄い凸レンズによって作られる, 点Aの像Bについて考える sin == R レンズの曲率円 R C D 2点は光軸上にあり, 凸レンズからの距離をそれぞれa, b とする.特にAからレンズが薄ければ、この仮想三角プリズ じ,光軸から高さんのレンズ上の点Cで入射し,点Dで出射してBに至る光路に 注目する. レンズは極めて薄いためCD間の高度変化は無視できるものとして い。レンズの屈折率をn,曲率半径をとし,んはa,b,およびRに比べて 分小さい. 小さい角度zについては, sinz tanzzを用いてよい . ムも薄いので頂角αは極めて小さいので, H a h AF 2 R α= 2h R 仮想プリズム 図 1 凸レンズ 2 このプリズムの振れ角 β = (n-1)αに等しいレンズの振れ角は, 光経路 CAD h A B A→C→D→Bにおいて幾何的にも定まることから,βa, b, んで表し, レ ンズ公式の表式を得る. -光軸 b 点CおよびDでの屈折を薄い三角プリズムでの屈折に対応させることにより、 レンズ公式 : 1 11 +-= a b f 図2のように, ∠CAB=0, ∠DBA = と おく。 レンズは極めて薄いとあるから, AC 水 平距離はα, BD 水平距離はもとしてしまって 良いだろう(厳密にはレンズ中心からの距離). h h このとき, tan= E C B TD h ↓ a b→ + tan = に対応する式を見出し, このレンズの焦点距離の値を導け. =1/5であり、ん 2 a h に比べ極めて小さいことから,とは微小角なので, 近似的に, 0, h ・ミ a b 方針1 レンズ上の点CおよびDでの2度の屈折が三角プリズムでの屈折と見なせるよ うに仮想三角プリズムを作図し, その頂角αを幾何条件からレンズの曲率半径R と入射高度んで表す. と書ける.図2のように, 線分ACとBDを延長した交点をEとすれば、 三角形AEBの 角Eの外角がレンズの振れ角βであるため、 h = +- a h b =(n-1) 27 2h 1 1 2(n-1) + R ゆえにこのレンズの焦点距離は,f= R であることがわかる. a b R 2(n-1) 図1のように,レンズ左球面の曲率中心をO,点Cから光軸に下ろした垂線の足を とする.CおよびDにおいて接線(厳密には球面との接面)を引き、それらの交点を頂 1 1 2(n-1) R レンズ公式に対応する式:-+ = a b R 焦点距離 f= 2(n-1) 7

この問題では見かけの重力加速度を使っていますが，どのような思考を経て見かけの重力加速度を使うと思いつけばいいですか？ また，見かけの重力加速度を用いずに，この問題を解くことができますか？

44 丸 . >12 静電気 円運動 水平方向にx軸,鉛直方向にy軸をと り,大きさの一様な電場 (電界) が水 平方向(+x方向)にかかっている。 長さ この糸の一端を原点Oに固定し,他端に 質量mで正電荷Qをもつ小球をつけた。 重力加速度を⑨とする。 (1) 小球は鉛直方向と60°の角度をなす 図の位置Aでつり合った。 Eをm, g, Qで表せ。 3 E 60° 0 (2)点Aで静止していた小球を, 糸を張ったまま, 0の鉛直下方の位 Bまでゆっくり移動させた。 要した仕事 W を mg,l で表せ。 (3) そして, 位置Bで小球を静かに放した。 (ア) 小球が点Aを通過するとき,その速さをgと1で,糸の張力 Sをmとで表せ。 (イ) 小球が点Aを通過し, 最高点に達したとき,その座標を1で表 せ。 (4) 次に、糸を張ったまま, 小球を点Aから少しずらして放した。 小 球の振動周期をg, l で表せ。 (5)最後に,点Aで静止する小球に, 糸に垂直な方向の初速を与えた ら,小球は点0を中心として, xy平面内で一回転した。 必要な初速 の最小値vo をg.lで表せ。 ( 熊本大) 10.0 vel (1),(2)(3)~(5)★

物理 （エ）についてです。 Δt÷ΔSがav1×2になるのはなんでなのでしょうか、教えて欲しいです。

299 交流の発生 次の文中のを正しく埋めよ。 図のように,磁束密度B[T] の一様な磁場の中で, 1回巻 きの長方形のコイルABCD (AB=a[m], BC=b[m]) を, 磁場の方向に垂直でADとBCの中点を通る中心軸 00′の まわりに、一定の角速度 [rad/s] でO側から見て時計回り A wt D B B b 'C 0′ に回転させる。コイルの抵抗は R [Ω] であり,その自己インダクタンスは無視する。 ADが図のように磁場の方向と角度wt[rad] (0<wt<)をなす位置にきたとき,コ イルを貫く磁束は [Wb] である。 このとき, ABとCDは速さ [m/s] で 等速円運動をしており、 磁場に垂直な方向には [m/s] の速さで動いているので, 磁場の方向から見たコイルの面積が増加する。それにつれて, コイルを貫く磁束が増加 しその変化率は [Wb/s] である。 したがって, コイルには大きさ [ の誘導起電力が生じ, カ [A]の誘導電流がキの向きに流れる。 [V]