101です。単振動の分野で保存則を使わないと解けない問題ってありますか？自分の書いたやり方で記述の時に注意した方がいい点とかありますか？

VI いろいろな運動 87 で点での速さを2つの方法で求め, mkdで表せ。 30" 滑らかな斜面上で、ばね定数の Pを結びつけ、自然長の位置で 与える振動の幅を求めよ。 エネル ものだ。 24 学 100 抜い 1. 点Aを重力の位置エネルギ ーの基準とする。 点Aと点口とで 0+0+(1+4)³ -m²+d+ 1+ 30 ++ 101. mx= 8k kld+ +d+mv²+ mgd A=√ k 4k X- つり合いの式mg を用いると 102 dが振幅になるから 11. 0+Ad-m² +0 Paax=dud 単振動の位置エネルギー N Kx²-(pSg)x 101 Ⅱの方法が速い。 CO-1 とおくと まず つり合い位置を調べる。 mg sin 30°-kl mg S 皿 0000000 0 中心 D Cと下のDとで を用いた力学的エネルギー保存則より (pSg) dmv²+(pSg)()* mp,SlpShを代入して、整理すると d 3g gd²-hv²++gd h 単振動の位置エネルギーの威力! 103 m mgmu √2k k (別解) 1の方法。 点Dを重力の位置 エネルギーの基準にすると, CとD で 1/12mv+mg(A+1)sin30+0 =0+0+1 (4+1) 11/21mw+1/23mg+1/21mal (1) 等温変化だからPV一定 P.SL=PS(L-x) (2) ピストンに働く力Fは F-PS-PS P-L-P =PS-PS PS PS X P.S 0 x |x|CLより FPSP2x よって、ピストンは単振動をする。 その =KA+KAI + kl² 周期では を代入すると T-2PL M ML -2x, "PS = box+mgsino m mysing) masino 103 NM = Bsinwt + Ccoswt (BCは任意定数) M=Bwcswt-cwsinwt x(0)=0 M(0) 2 Mo 1=- mgsino 13=Mo N 9 N 2 N +(1) mg mm 1 N 22 +

（2）分母にREと書かない理由を教えて欲しいです🙏

基本例題 80 電池から供給される電力 412,413,414,415 解説動画 右の図は,起電力E,内部抵抗の直流電源に,可変抵抗器(抵抗値尺は 自由に変えられる) をつないだ回路を示している。 R (1) 可変抵抗器を流れる電流I を求めよ。 (2) 可変抵抗器に加わる電圧Vを求めよ。 (3) 全回路で消費される電力Po を E, r, R で表せ。 (4) 可変抵抗器で消費される電力P, を E, r, Rで表せ。 (5) P, の最大値を求めよ。 また, そのときのRを求めよ。 (6) Po-P1 は何を意味するか, 15字以内で説明せよ。 指針 キルヒホッフの法則Ⅱ E=RI+rI, 電圧降下 V=RI,電力 P=IV=IR などの式を用いる。 H E r P₁=I2R R 解答 (1) キルヒホッフの法則Ⅱより とき, P1は最大と なり,最大値は I E=RI+rI Ir E2 E よって I = 4r r E R+r (2) オームの法則 「V=RI」 より Po=IE R V=RI=- -E R+r (3) 電力の式 「P=IV」 より Po=IE= E2 R+r (4) 電力の式 「P=I2R」より P=12R= E 2 P.-FR=(R+TR 2 E (5) (4) 29 P.-(+)-(R) より Pi= E2 = R+r, R= EVR\2 E2 (√R+r/√R)2 (√R-r/√R)2+4r よって、R=J,すなわち,R=r の /R 別解 (4) の式をRに関する2次方程式に 変形して PR2+(2Pr-E2)R+Pir2=0 Rは実数であるから, 判別式Dは D=(2P-E2)2-4PixPre [土]=E2(E2-4Pir) ≧ 0 E2 E2 ゆえに P's EP」の最大値 4r のとき(4) より R=r (6)E=RI+rI より IE=I2R+I'r よって Po=P+fr すなわち Po-P=Ir Po-P1 は 内部抵抗で消費される電力。

(2)に関して、(μmg)/(fcosθ)に対して極限の考えから0とする、という考え方が理解できません。 どうしてここで極限を使うことができるのでしょうか？

思考 125. 斜めに加えられた力と擦力 図のように,粗い水平面 上に質量mの物体を置き,鉛直と角0をなす向きに, 物体の上 面に大きさfの力を加える。 物体と面との間の静止摩擦係数を μ, 重力加速度の大きさをgとして,次の各問に答えよ。 (1) 力の大きさfを一定にし, 0をしだいに大きくしていった f mg とき, 物体がすべり出す直前で が満たす式を求めよ。 m 10 (2) fを大きくしても物体がすべり出さないためには, 0がどのような範囲になければ ならないか。 tan0 が満たす条件として求めよ。 (広島国際大 改)

高校物理の質問です。 (ア)〜(エ)および(カ)〜(コ)の解き方を教えてください。途中式など書いていただけると大変助かります。 一部でも構いません。

以下の文章中の(ア)~(エ)および(カ)~(コ)に適切な式を記入しなさい。(オ)には文章中の指示にしたがって適切 なグラフを描きなさい。ただし、解答にんを用いてはならない。 なお、文章中の角度の単位はラジアンである。 図1のように、x ≥0の領域において一様な磁束密度 (大きさB)の磁場がかかっている。 磁場の向きは、 図1の右図 において、紙面の手前から奥に向かう方向である。x < 0の領域には磁場はかかっていない。半径aで中心角”の扇形 コイル OHKLが磁場と垂直なx-y平面内にあり、原点を中心としてx-y平面内でなめらかに回転できる。 0 と Lは、図1の左図の端子P, Qをとおして、電気抵抗 R の抵抗器、電気容量 C のコンデンサー、およびスイッチ1, S2からなる図2の回路の端子P,Qと常につながっている。 OLは十分に短く、 KL の長さをaとみなし、扇形コイル を貫く磁束は、半径がaで中心角がこの扇形の面積を貫く磁束と考える。 導線の太さや質量および電気抵抗、扇形コイ ル以外の部分で生じる誘導起電力、自己誘導、および空気抵抗の効果は無視する。また、扇形コイルの変形は考えな い。 (1) スイッチS」を閉じ、S2を開いた状態で、点 H に外力を加えることで、扇形コイルを一定の角速度w (0)で図1 のように反時計回りに回転させた。時刻t = 0において点 H はx-y平面内の座標 (0,a)の位置にあった。微小時間経 過後に、扇形コイルを貫く磁束が減少し、端子 P に対する端子Q の電位は(ア)となった。このとき扇形コイルは、 K→Lの方向を正として=(ア)×(イ)の電流が流れ、導線 KL が磁場から受ける力の大きさは(ウ)であった。そ の後、時刻t=(エ)で、はじめて扇形コイルに流れる電流が0となった。t = 0から扇形コイルが一回転するt=2まで の時間の、K→L 方向を正とした電流の時間変化を実線で描くと(オ)となる。 扇形コイルが一回転するまでに抵抗器 で生じたジュール熱は (カ) であった。扇形コイルに加えた外力がした仕事が抵抗器で発生したジュール熱と等しい ので、時刻 (0 <t < t) において点Hに加えた外力は (キ) であることがわかる。 ただし、 外力は常に扇形コイルの円 弧の接線方向にかけるものとする。 (2) スイッチ2を閉じ、 S を開いた状態で、 点Hに外力を加えることで、 扇形コイルを一定の角速度w(0) で図1の ように反時計回りに回転させた。時刻t=0において点Hはx-y平面内の座標 (0,a)の位置にあり、このときコンデン サーには電荷が蓄えられていなかった。 微小時間経過後に扇形コイルには電流が流れ、コンデンサーは充電されはじ めた。その後、時刻t = (エ)までにコンデンサーは十分に充電され、回路を流れる電流は0となった。このときコンデ ンサーに蓄えられた電気量は(ク)であった。時刻から2tの間に、 コンデンサーは放電し蓄えられた電気量は 0 と なった。時刻から2ちの間に抵抗器で発生したジュール熱(ケ)であった。また、時刻から2tの間に回路に流 れる、時間とともに変化する電流の大きさをI とおく。このとき、コンデンサーに蓄えられている、時間とともに変化 する電気量の大きさは(コ)となる。 H B(IIの領域のみ) W PO I KT S₁ R Sa Q -OP 扇形コイルを真上から見た図 図1 図2

物理の電磁気の交流の問題です。写真に示してある問題の中の問２の（7）の問題で、一番右の写真の解説を見たのですが、冒頭の文章から意味がわからないので教えてほしいです。

Go/ 26 問題 2024年度 前期日程 物理 名古屋工業大 II コンデンサーの原理を用いると, 非接触で電気エネルギーを伝えることができ る。ここでは、壁の両側に金属製の極板を設置して, 壁の向こう側に電気エネル ギーを伝えることを考える。 以下の問1 ~問3に答えよ。 解答に物理量を表す文字 を使用する場合は、指定された記号から必要なものを選んで使用し, それ以外の記 号を使用しないこと。 ただし, 解答が数値となる場合は,指定された記号を全く使 用しなくてもよい。 問1 まず、 図1のように, 壁の両側に極板 A, B, C, D を設置した。斜めから 見た様子を図2に示す。 壁は誘電率 e 〔F/m〕, 厚さd 〔m〕 の均一な誘電体と みなすことができる。 全ての極板は面積S〔m²〕の正方形の導体である。 極板A と極板 B, 極板Cと極板D は, それぞれ, ずれることなく向かい合っ ており,平行板コンデンサーを形成している。 それらのコンデンサーは等しい 静電容量を持ち,その値を C(F)とする。 全ての極板の一辺の長さは、壁の厚 さに比べて十分長く,極板端部の影響は無視できる。それぞれのコンデンサー は互いに影響を及ぼさないものとする。 交流電源を極板Aと極板Cの間に接続した。 交流電源の角周波数 をω[rad/s] とする。 交流電源の電圧の, 時刻 t [s] における瞬時値を V(t)= Vocos (wt) 〔V〕 とし, 実効値を V, 〔V〕 とする。 さらに,抵抗値 R [Ω] の抵抗を, 極板Bと極板Dの間に接続した。 この回 路は,静電容量がCのコンデンサー2個と、抵抗値Rの抵抗, および交流電 源を直列に接続した回路とみなすことができる。 回路に流れる電流の実効値を Ie [A] とする。 導線の抵抗は無視できる。 (1)極板 A.Bによって形成されるコンデンサーの静電容量Cを. S.d.c うち必要な記号を用いて表せ。 (2) 図1の点A, B間にかかる電圧の実効値を, Ie, w, C, R のうち必要な記 号を用いて表せ。 (3) 電流の実効値Ie, Ve, w, C, R のうち必要な記号を用いて表せ。 (4) 抵抗値Rの抵抗で消費される電力の時間平均を, Ie, w, C, Rのうち必 要な記号を用いて表せ。 名古屋工業大 V(t) ( V(t)☹ 極板 A d 点 A 壁 極板 B 点 B 極板 C 図1 極板 D 極板 A 極板 B (壁の裏側) 壁 極板 C 図2 `極板D ( 壁の裏側) 問題 27 2024年度 問2 図1の回路に加えて, インダクタンスがL [H] のコイル2個を図3のよう に接続した。 交流電源の角周波数において, 静電容量 Cに対応するリアク タンス(容量リアクタンス)をXc[Ω] インダクタンスLに対応するリアクタ ンス (誘導リアクタンス)を XL [Ω] とする。 前期日程

物理の有効数字についての質問です 力の分野の時は、有効数字について理解できていたと思っていたのですが、波の範囲に入ってから有効数字がよくわからなくなってしまいました。 有効数字のきまりを教えてくれると嬉しいです 例を挙げると222の（2）です

動 22. 気柱の共鳴 答 (1) 入 = 1.36m, f = 2.50×10Hz (2) 管内: 0.675m, 管外: 5×10-3m (3) 解説を参照 常波ができる。ピストンがjの位置にあるときに基本振動,kの位置に あるときに3倍振動がおこっている。 開口端補正があるので、波長は2 つの測定値の差から求める。 また, 管内の定常波において、節の部分は、 空気が動いておらず, 密度変化が最大の位置である。腹の部分は、空気 が激しく動いているが,密度変化がほとんどない位置である。 あう節と節の間隔は入/2であるから, 位置にあるとき, 定常波は図1のように示される。 隣り 解説 (1) 音波の波長を とする。 ピストンがj,k の 1=101.5-33.5 入=136cm=1.36m 2 4 33.5cm 振動数は, 「V=fa」の公式から. -2- f= V 340 入 1.36 =2.50×102Hz & a\m0.15000 腹 腹 32\m0.1-0.1-0.5- (2)【管内】 定常波の隣りあう節と腹の間隔は 入/4である。 図1において,管口iから管内の腹までの距離は、 l=33.5+ - =33.5+ - 4 136 4 =67.5cm=0.675m 【管外】管口付近の腹は,管口よりも少し外側にある。 求める距離を 4 とすると, 01=4- 入 -33.5 = 136 4 -33.5=0.5cm=5×10 m (3) ピストンがkの位置にあるとき, 定常波の各点にお ける変位は,縦波にもどすと図2のように示される。 j の位置は定常波の節の部分であり,媒質である空気は動 j -101.5cm 図 1 管内の腹までの距離 求めている。 管外の腹 はないので注意する。 ●管口から管の少し外 にできる腹までの距離が 開口端補正である。 疎

（7）についてで、この問題で解答では右の写真のように図的に考えているのですが、この図の加速度が速度だったら成り立つのは納得できるのですが、加速度でも成り立つのがなぜかわからないです。教えてください。お願いします。

水平な床に傾角8の斜面をもつ y 質量 M の三角柱 Qを置き, 斜面上に PM 質量mの小物体Pをのせて静かに放 ↓g すと,両者は動き出した。 摩擦はど こにもなく,重力加速度を g とする。 0 x っち PがQから受ける垂直抗力の大きさ Nを求めてみよう。 まず,Qの加速度の大きさを A とすると, Q の運 動方程式は,Nを用いて (1) と表される。そして、この後は次の 2つの方法 I, II が考えられる。 I. 慣性力を用いて考える。 P について成り立つ武 (2) をつくり (1)と連立させることによりN を求めると, N = (3 となる。さら 「こっちにはQが床から受ける垂直抗力の大きさもR= (4) とm,M, 9 0gで表される。 Ⅱ. 静止系で考える。Pの加速度の水平成分を ax, 鉛直成分をay と して(図のxyの向きを正とする) 各方向でのPの運動方程式を つくると,Nを用いて (5) と (6) となる。 この場合, 未知 数が,N, A, ax, αy と4つあるので, 1), (5),(6)では解けない。 そこ で,PがQの斜面に沿って滑ることに着目して, A, ax, ay, 0 の間の 関係式 をつくる。こうして連立方程式が解けることになる。 (法政大+ 筑波大+大阪大)

ヘ解説お願いします ヘは解説にどちらのコイルも電流が増加すると磁束が正の向きに増加するとあるのですが、それなら誘導起電力が逆向きに働いてマイナスかなと思ったんですけどプラスでした。

142023年度 物理 4 図1のように, 環状の鉄心に巻き数 N1, 自己インダクタンス Lv 工学院大-S日程 巻き数 電圧は,V=Vosin(wt) である。ここで, Vo およびωは正の定数であり, V, は図1の点Bに スをMとする。 一次コイルには交流電源が接続されており、時刻において一次コイルにかかる N2, 自己インダクタンスL2の二次コイルが巻かれている。 2つのコイルのタン イルに流れる電流 および二次コイルに流れる電流I2 は, それぞれ図1の矢印の向きを正とす おり 発生する電圧を V2 とする。 ここで V2 は, 図1の点D に対する点Cの電位を表す。 一次コ 対する点Aの電位を表す。 また, 二次コイルにはスイッチSと抵抗値 Rの電気抵抗が接続されて 一部の矢印の方向を る。磁界 磁場) は鉄心の内部にのみ発生するものとし、 図1の鉄心内部の知 正の方向とする。 以下の問に答えよ。 ただし、 [I] スイッチSが開いた状態を考える。 AI AI At 句を磁界の は、電流の単位時間あたりの変化量を表す。 (イ)V1,1, Lより必要なものを用いて表せ。 At 11周期分の波形が図2に示されている。 図中のTは周期を表す。 電流 の波形の概形 として適切なものを図2の (a) ~ (d) の中から選んで答えよ。 (ハ) 問 (ロ)で選択した波形に対応した数式として適切なものを次の中から選んで答えよ。ただ Iは正の定数とする。 (a) I = Iosin (wt) (d) I1 = Iosin (wt+m) (b) I₁ = 10 sin (wt +7) (e) = Iosin (wt) [II] スイッチSが閉じた状態を考える。 V2 (c) Iv=Iosin| sin (wt - 1/2) (V1, V2 およびそれらの比を,鉄心を貫く磁束の単位時間あたりの変化 A V₁ より必要なものを用いてそれぞれ表せ。 At ,N1,N2 (ホ) 電気抵抗の消費電力の時間平均を有効数字3桁で答えよ。 ただし, Vo = 10V, L1 = 0.565H, L2=0.141H,M=0.283H,Ni=600,N2=300,R=100Ω とする。 (VV2は,自己誘導と相互誘導の両方の影響を受ける。 それぞれをI1,12, L2, M より必要なものを用いてそれぞれ表せ。 Al₁ Al₂ At At 1, 工学院大 S Jan 02 すべて まか B N₁ 鉄心 5000000 O V2R D (a) I, (b) 0 (c) 一次コイル 次コイル 1, (d) N2 図1 T/2 'T t 図2

物理の問題です。蛍光ペンで色をつけた式になるのはなんでですか？この式は何を意味してますか？

物 理 解答番号 1 25 第1問 小問集合 解説 放物運動, 断熱変化。 コンデンサー, 全反射. 水素原 子のスペクトルの理解をみる問題 Bを導線でつないでから の電気量を QA 極板Ⅲの 9 +9 =-Q 9A9B 2C C が成り立つ。 これらよ 問11 正解 ② 第1問 次の問い (問1~5)に答えよ。(配点 25 ) . 問1 次の文章中の空欄 1 2 に入れる式として正しいものを、それ ぞれの直後の{ } で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。 ただし,重力 加速度の大きさをg とする。 また, 空気抵抗は無視する。 水平方向:l=vT 小球を打ち出してから小球がリングを通過するまでの 時間をTとすると 2 正解 ① 9A- 3Q 9B = ...① 14/00 = Q | 鉛直方向:1/12g + となるので.Ⅲから か ...2 が成り立つ。 したがって、 ①と②より -gT² + v₂T = v₁T 9A-(-Q) の電荷が移動した の移動による電 大きさの無視できる小球を図1のように水平成分の大きさひ鉛直成分 の大きさ2の初速度で打ち出し、そこから水平方向にℓ 鉛直方向にℓだけ離 れた位置に中心が固定された小さなリングを上から下に通過させたい。 このと ①UI となるので と表せる。 ここで①より T = 1/144 なので、④を③に代入すると ...③ I 2C II gl ,,v2 = 1 V₁+ 201 の関係があり、 また, 02=2+ gl 201 ... ⑤ 問4 16 ③ gl であることがわかる。 水と空気 V₁ 201 リングを上から下に通過するためには ると,屈 - gT + v < 0 V₁ 2 ① gl 2 ② ③ ✓gl でなくてはならない。 13gl 2 ns となれば良いので, ④と⑤を⑥に代入すると が成り立 gl -gx <0 U₁ 201 を得る。 これより gl ひ 201 である で届く と S 大 -/gt リング となるので gl ひく。 2 である。 2 - gt 小球 l 図 gl 問2 3 正解 ③ 4 正解 ② 空気の塊が気流によって上昇や下降している間のその 状態変化は断熱変化とみなすことができる。 空気の塊が 下降する場合,それは断熱圧縮されることになるので 温度は上昇し, 圧力と体積Vの積は等温曲線より大 きくなる。 問3 5 正解 ⑥ 図1-1のようにコンデンサーAとコンデンサー で 一物

II(2)で、θ＝πの場合についてαの範囲の求め方で腑に落ちない部分があります。 解答では｢II(オ)と⑦より√2-1<α<√2 ･･･⑨｣ となっていますが、II(エ)より転回軌道の実現条件にx₀<L/2があるので、これとII(1)①式からα<1 が出てきて、√2-1<... 続きを読む

Ⅱ 次に、 図1-3に示す実験を考える。 原子核 X 座標原点に, 初速0で次々 と注入する。 ここではx≧0の領域だけに, x軸正の向きの一様な電場Eがか けられており,Xはx軸に沿って加速していく。 x=Lには検出器があり, 原 子核の運動エネルギーと電気量, 質量を測ることができる。 電場Eは, E= 2miaとなるように調整されている。ここでv は,設問1(3)におけるA qL の速さ(図1-1参照) であり、 定数である。 X の一部は検出器に入る前に様々な地点で分裂し, AとBを放つ。 原子核の 運動する面をxy 平面にとり, 以下では紙面垂直方向の速度は0とする。 分裂時 のXと同じ速さでx軸に沿って運動する観測者の系をX 静止系と呼ぶ。 X 静止 系では, 分裂直後にAは速さで全ての方向に等しい確率で飛び出す。 X 静止 系での分裂直後のAの速度ベクトルが, x軸となす角度を0 とする。 このと き 分裂直後のX静止系でのAの方向の速度は A COS 。 と表せる。 以下の設 問に答えよ。 x < 0 *≥0 E=0 2 mv E= qL 電場: 原子核 A 検出器 (1) 図1-3にあるように, Xの分裂で生じたAの中には, 一度検出器から遠 ざかる方向に飛んだ後、 転回して検出器に入るものがある。 このような軌道を 転回軌道と呼ぶ。 Aが転回軌道をたどった上で, 検出器に入射する条件を求め よう。 以下の文の ア から カ に入る式を答えよ。 以下の文中で 指定された文字に加え, L, vAの中から必要なものを用いよ。 分裂時のXの検出器に対する速さを αVA と表すと, 分裂地点 x の関数とし てα= ア と書ける。 また, 注入されてからx まで移動する時間は, x の代わりに を用いて, イ と表せる。 転回軌道に入るためには, A の初速度の成分は負である必要があるので, 00 に対して, αで表せる条件, cos 8 < ウ が得られる。 この条件か ら, そもそも x > I では転回軌道が実現しないことがわかる。 Aが 後方に飛んだ場合, x0 の領域に入ると, 検出器に到達することはない。 これを避けるための条件は, αを用いて cos 0 > オ と表せる。 x0 > カ のときには,Aは0。 によらずx<0の領域に入ることはな い。 質量4 電気量 24 加速 転回軌道 原子核X x=0 x=x o 注入地点 初速ゼロ 分裂地点 原子核 B 分裂 図1-1 質量 電気量 質量3 電気量 図1-3 x=L (2) 検出器に入ったAのうち, 検出器のx軸上の点で検出されたものだけに着 目する。 測定される運動エネルギーの取りうる範囲をm, UA を用いて表せ。 (3) X の注入を繰り返し、 十分多数のAが検出された。 検出されたAのうち, 運動エネルギーがmi よりも小さい原子核の数の割合は, Xの半減期Tが L VA と比べてはるかに短い場合と, 逆にはるかに長い場合で, どちらが多くな ると期待されるか, 理由と共に答えよ。