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

(1)のマーカーを引いているところの意味が分かりません。説明お願いします。

例題③ コイルと抵抗を含む回路 右の図のように, 内部抵抗が無視できる 起電力Eの電池, 抵抗のない自己インダク タンスLのコイル, 抵抗値の抵抗がある。 図の矢印の向きの電流I を正,Iの向きの コイルの起電力を正の向きとして次の問 いに答えよ。 E S (1) スイッチSを入れた直後, コイルを流れる電流I, コイルの自己誘導によ る起電力 V, 抵抗の電圧 V をそれぞれ求めよ。 (2) 十分な時間が経過したときの I,V, V, をそれぞれ求めよ。 指針 (1) スイッチを入れた直後, コイルを流れる電流は0。 (2) 十分な時間が経過し, 一定の電流が流れているときは,コイルの誘導起電力は0。 解 (1) スイッチSを入れた直後のコイルの電流は, 直前と等しいから,I=0 キルヒホッフの第2法則より, E+V=rI| よって、V=-E p.261 式 (12) また, オームの法則より, Vr=rl=0/ (2) 十分に時間が経過すると, 4I = 0 となるので, AI 「V=-L-」 より,V=0 At p.307式 (6) r スイッチ スイッチ を入れる を切る キルヒホッフの第2法則より,E+V=rI よって, I= また, オームの法則より, Vr=rl=E 類題3 p.308 図16の回路で,Eは起 電力1.5Vの内部抵抗の無視できる電池 Lは自己インダクタンス 0.30Hのコイ ル, R と r はそれぞれ抵抗値が20Ωと 20Ωの抵抗とする。 図16の矢印の向 きの電流を正とし, コイルの自己誘導に よる起電力 V (点aに対する点gの電位), Io

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

疑問に思うところがあるので教えてほしいです。二枚目以降は解答解説です。主に問題文中の黄色マーカーの部分についての疑問です。 (1) なぜR1の所で抵抗の影響を受けないのか？ (2) 前問でR1の抵抗の影響を受けなかったのになぜ (2)ではR1の電圧降下の影響... 続きを読む

L 483 コイルを含む直流回路図のような, 内部抵 抗の無視できる起電力E の電池E, 抵抗値 R1,R2の 抵抗R1, 2, 自己インダクタンスLのコイルL, スE イッチS, ダイオードDからなる回路がある。 D の順 () R₁ ( 東京農工大改) R201 SDA めよ。 とR2を流れる電流は図の矢印の向きを正とする。 方向, 逆方向の抵抗はそれぞれゼロ, 無限大とし,L G (1)Sを閉じた直後の, 点Pの点Gに対する電位を求めよ。 (2) Sを閉じてから十分に時間が経過した後の, LとR2 を流れる電流をそれぞれ求 めよ。 (3) 次に, Sを開いた。 その直後にR2 を流れる電流を求めよ。 (4)Sを開いた直後の, L を流れる電流が単位時間あたりに変化する割合を求めよ。 (5)図の選択 Sを開いてからの時間と, 点Pの点Gに対する電位 VP との関係 を表すグラフを次のア~カから選べ。 ア VP VP VP 0 0 0 t t I VP VP VP 0 (6) Sを開いてから十分に時間が経過する間に, R2 で発生するジュール熱を求めよ。 (11 東京理科大改)

物理です。 (5)の計算なのですが、どこから10の-4乗が出てきたのですか？

***Exercise ニュートン環 制限時間15分 基本 図1のように、平面ガラスの上に、大きな半径の球面を持つ平凸レンズ) からできているレンズの凸面を下にしてのせ、上から垂直に波長えの単色光をあ 真上から見たとき、図2のように干渉縞が見えた。これをニュートン環という。 ように、 適当な位置を原点としてレンズ中心を通るように軸をとり, 平凸レン 心(m=0とする)から数えて番目の暗環の半径を測って半径を求めるこ える。 空気 R 平凸レンズ、 ガラス板 Tm 図 1 B 原点 A 図 24 -2r9 2 (1) 図1の経路 Aを通った光は経路Bを通った光よりも経路長が2dだけ長い. 経路 光が下面で反射するときには光の位相が反転することを考慮し, 経路 A と経路 B が干渉して暗くなる条件を答えよ. ただし負でない整数m (m = 0, 1, 2, …)を用 よい. (2) 三平方の定理を用いてrm と d, R の関係を求めよ. (3) dがRに比べて非常に小さいことからdを無視することにより,Rをm, i, t 用いて表せ. (4) 図2のように,m+n番目(n = 1, 2, …)の暗環の半径をtとし, X = rmt 88 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。 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

物理の波の範囲です。 1枚目は問題で、2枚目が参考として書かれてたものです。 2枚目の左側の四行目にある式はどのように考えているのですか？また、右側の六行目の波線引いている式の意味がいまいち理解できません。 基礎的なものが理解できておらず、波の範囲の書き換え？みたいなもの... 続きを読む

光ファイバー 図の ガラ イバーの中では, 空中を伝わる光とは異なる伝わり方をしている.すなわち, 光は「モ 光通信では, 遠くまで光を伝えるために, 「光ファイバー」が利用されている. 光ファ ード」 と呼ばれる 「遠くまで伝わることが可能なとびとびの光の組」 でしか伝わらないの中 このことを考えてみよう. 議論を簡単にするために光ファイバーの構造を図のようにサ ンドイッチ状の簡単な構造であると考える. 屈折率, 厚さαのコアが屈折率n2のクラ ッドではさまれており,> の条件を満たすようにつくられている.なお,以下の議 論では,空気の屈折率は1としてよい。 真空中の光の波長を入とする.以下の設問に答え よ. 再び 通り 出身 光 2 y 空気 クラッド (屈折率 : n2) コア(屈折率 : N1) クラッド (屈折率 : n2) (1)光を,光ファイバーの端面,空気側から,コアに入射させるとき, コアとクラッド の境界面で全反射するためには,光ファイバー端面での入射角0にはある許容範囲が ある. 許容範囲を示すに関する不等式を書け. (2)光ファイバーの中を全反射しながら伝わる光は,図の軸方向に進むとともに,そ れに垂直なy軸の方向にも反射を繰り返し往復していると解釈できる.ここで,光が 減衰なく伝わるためには, y 軸方向に定在波が形成される必要がある. このことから, 遠くまで伝わることが可能な光ファイバーへの入射角日も 「とびとび」 になることが わかる.正の整数をNとして, sineをa, N, 入を用いて表せ. 位相がずれるしまえる

緑の下線のところについてなのですが、これはコンデンサーに流れ込む電流も問題文の図2のようになるということでしょうか？二枚目の写真の教科書のところにコンデンサーの電流は電圧に対してπ/2進むと書いてあるのですが、これとこの問題がの電流の流れが違うのは回路にコンデンサーを単独で... 続きを読む

146 46 交流過渡現象 図のX, Y, Zは抵抗 コンデンサ - コイルのいずれか1つずつである。 まず, 図1のように交流電源に接続す ると, Xを流れる電流(実線) Xに かかる電圧 (点線) の時間変 X Y Z 図 1 v 化は図2のようになった。 Io2A Ior =2〔A〕, Vo=100[V] である。 100V Vol 1 時刻 0 12 13 4 15 また,Zにかかる電圧の最大 値 V. は 50 〔V〕であった。 図2 次に図3のように直流電源と20 [Ω] の抵抗をXとYに接続した。 ス イッチSを閉じると 直後 Sには2 〔A〕 の電流が流れ、しばらくして5 X b 20Ω Y. S [A] の一定電流が流れるようになった。 Point & Hint 46 交流過渡現象 147 6x102(s) 交流の角周波数 ーに対してはV= ともに最大値)。 コンデンサ とすると,コイルに対してはV=L・I 1 CⅠ ここで,VとIは電圧と電流の実効値(あるいは コイルでは電圧に対して電流の位相は遅れ,コンデン 抵抗に対してはV=RI で位相の違いはない。 「サーでは逆に進む。 (1) Xは以上の知識から決まる。 YEZの区別は図3の直流回路の過渡現象から 調べる。 スイッチを閉じた直後コンデンサーは「導線」 コイルは「断線」状態 になる。そして、やがてコンデンサーは「断線」, コイルは「導線」状態に入る。 (2)コイルとコンデンサーは平均としての消費電力はない。 電力消費は抵抗での み起こり 実効値を用いて, RI または V.I. と表される。 実効値=最大値/√2 (3)X,Y,Zは直列なので, 流れる電流は共通。 そこで, Zにかかる電圧のグラ フ(図2のような) を描いてみると事態が明確になる。 (4) 各瞬間の電源電圧は, X, Y, Zの電圧の和に等しい。 (5) コイルは電流を流し続けようとするので・・・。 LECTURE コイルと電源の内部抵抗は無視でき コンデンサーのはじめの電荷は0とする。 図3 「X, Y, Zはそれぞれ何か。 また、それらの抵抗値 R, 電気容量 .C. 自己インダクタンスLの値はいくらか。 A 図1の回路の平均の消費電力はいくらか。 Zにかかる電圧が0となるのはいつか。図2の時刻 t の範囲で 答えよ。 図 1, 2 で時刻t=1×10-2 [g]のときの電源電圧はいくらか。ま した時刻 t = 4×10 [s]のときはいくらか。 (5) 図3で,Sを閉じ十分時間がたった後にSを開く。 その直後のX (1) 図2より電圧に対して電流の位相は遅れているから,Xはコイル。 また、図2より交流の周期はT=4×10-2 [s] なので, ω= 2π/T と Vo = wL・Io より VoT L = 2710 100 × 4 × 10-2 2×3.14×2 = 0.32 (H) 図3の回路で Y がコンデンサーとしてみよう (図 a)。 Sを閉じた直後はコンデンサーは導線と同じで, 一方,コイルは電流を通さないから流れる電流I は I = E 20 X 2002 ++ E 図 a となる (Eは電源の起電力)。 そして,十 分時間がたつとコンデンサーは電流を通さなくなり, コイルが導線と同 E じになる。すると,やはり 20 で発生するジュール熱を求めよ。 Level (1)~(4)★ (5) ★★ の電圧 (bに対するa の電位) を求めよ。 また, Sを開いた後, 回路 でIと同じ電流が流れることになる。 これ は事実に合わない。したがって,Yは抵抗(図b)。 Sを閉じた直後電流はR側を通るので X 20Ω E = (R+20) × 2 ...... ① Y R 十分時間がたつと、電流は導線となっているコイ ル側を通り Rはショートされるから E 図 b

1番左の写真の問題ではコイルには抵抗があるとしているのですが、右側の写真の問題ではコイルに抵抗がないとみなして計算していました。コイルに抵抗があるかないかは、問題によって違うという認識でよろしいのでしょうか？(真ん中の写真は1番左の写真の(1)の解答になっています)

42 電磁誘導 図1のように, 絶縁被覆した銅線を一様に巻いた長さ21のソレフィ ドコイルがある。両端AとCとの間に直流電圧 V を加えたら電流I。 が流れ,コイルの中心P点に強さの磁場が生じた。コイル以外の 導線の抵抗は無視する。 I 次の場合,電源から流れる電流はLの何倍になるか。 また,P点 の磁場の強さはH。 の何倍になるか。 (1)電圧 V の電源の正の端子をBに接続し、 負の端子をAとCに 接続する。 b (2) B点を中心としてこのコイルを2倍の長さ(41) になるまで一様 に引き伸ばして固定し, 両端AとCとの間に電圧Voを加える。 XX コイルを元の長さ(21) に戻し, 電圧 V の電源の正の端子をA に接続し、負の端子をBとCに接続する。