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

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。

この問題の4番について教えてください 『コンデンサーは完全に放電してしまうとありますが、 スイッチを開いた後でもQは保たれると習ったのですが，この場合は何か違うのですか？この違いを教えてほしいです。

内部抵抗がで起電力Eの 電池,抵抗値Rの抵抗, 電気容 量Cのコンデンサー,自己イン ダクタンスLのコイルおよび スイッチS1 ~ S4 を使って図の ような回路をつくった。 b点を 接地し、その電位を0とする。 A スイッチS と S4 を開き, 電池 S1 SA S2 S3 a R C= L b S2 と S3 を閉じて十分に時間がたった後に, S を閉じた。 (1) この直後にコンデンサーに流れる電流はいくらか。 (2) コンデンサーの極板間の電位差が Vになった瞬間に,コンデ ンサーに流れている電流はいくらか。 BAでコンデンサーを充電し終った後に, スイッチ S1 を開いた。 (3)この直後, コンデンサーの電気量はいくらか。 また, R を流れ る電流はいくらか。 (4) その後,抵抗R で発生する熱量はいくらか。

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

5番の矢印を書いたところの式変化について教えてほしいです｡

158 丸 50 電磁場中の粒子 直方体 (3辺の長さが a, b, c) の半 導体に図のように一様な磁束密度 Bの磁場を +z方向へかけた。次に, Z B N +y方向に電流Iを流し, x方向に 発生する電位差V (MN間) を測定 した。 種々のBの値に対する, Iと Vの関係がグラフに示してある。 (1) グラフからVをIとBの関数 として表せ。 ただし, 比例定数を α とする。 次に, αの値をグラフ から読み取り, 有効数字2桁で単 位を付けて書け y M b. V〔mV〕 Bの単位 (T) この関係式は次のような考察か ら導くことができる。 にな (2) 電流Iの担い手が電子だとする。 その運動はどちら向きか。 また, 88503020000 B=0.64 70 60 B=0.48 40 B=0.32 B=0.16 10 -I [mA] 1 2 3 4 5 6 電子の電荷を-e, 平均の速さを 個数密度をnとして, I をe, v, n などを用いて表せ。 (3)電子は磁場から力を受けて偏在するために電場が発生する。 電位 はMとNとでどちらが高いか。 また, 電位差 V[V] を v, Bなど を用いて表せ。 (4)電流の担い手が正電荷+eをもつホールの場合、電位はMとN とでどちらが高いか。 (5)α me, c で表せ。 また, nの値を有効数字2桁で求めよ。た (工学院大) だし,e=1.6×10-19 [C], c=1.0×10-4 〔m〕 とする。 vel (1)(2)(3)~(5)★

5の解説に〜を引いている部分についてよくわからないので，教えて欲しいです｡

43 電磁誘導 43 電磁誘導 137 図1のように、絶縁被覆した銅線を一様に巻いた長さ21のソレノイ 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) が流れ,コイルの中心P点に強さ H 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I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。 (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。 (3) コイルを元の長さ(27)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。 磁場の強さけ。 I 図2のように,固定したコイルの左端と中央とに,それぞれ銅の リングR1, R2 がつるされている。 スイッチSを閉じたとき, (4)電流が定常的になるまでの間に,R1 と R2 には電流が流れるか。 流れるとすれば,その向きはコイルに流れる電流と同じ向きか, 逆向きか。 (5)Sを閉じた直後, R1 と R2 は動きだすかどうか。 動きだすとすれ ば,その向きは左右どちら向きか。 ただし, R1, R2 間の相互作用 は無視してよい。 R₁ R. T A Vo S C B 図 1 evel (1),(2)(3)★★ (4)(5)★ 図2 (東京大)

4番の解説の意味がいまいちよくわからなくて、V=Edを用いるというのはわかるんですけど，Δrについてよくわからないので教えて欲しいです｡ （私の考え） Δrをゼロに近くしたとしても，円盤の中心から端までの距離差はaでないか？

134 電磁気 42 電磁誘導 半径 ②の円板と細い回転軸は共に 導体でできていて,これを一定の角 速度で回転させる。回転軸と円板 の縁に導線を接触させ,スイッチS を通して抵抗をつなぐ。 円板には一 様な磁束密度Bの磁場 (磁界) が垂 直上向きにかかっている。 Sは初め 開かれ、回路の抵抗値をRとする。 R B (1) 円板と共に回転する自由電子はローレンツ力を受ける。電子はど ちら向きに移動しようとするか。 (2)円板の中心と縁には正負どちらの電荷が現れるか。 また, それに よって生じる電場 (電界) の向きはどうなるか。 (3) ローレンツ力による電子の移動は,発生した電場から受ける静電 気力とつり合うまで続く。 電場の強さEを, 中心からの距離rの関 数として表せ。 また, 横軸にrを縦軸にEをとってグラフに描け。 (4) 円板の中心と縁の間の電位差V を求めよ。 (5)Sを閉じたとき回路に流れる電流Iはいくらか。 また, 円板を回 転させている外力の仕事率Pはいくらか。 (防衛大+名古屋大) Level (1) ★★ (2) ★ Base ローレンツカ (3)~(5)★ BA 荷電粒子が磁場中で動 Point & Hint くと力を受ける。 磁場中を動く導体棒に生じる 誘導起電力 V= vBl の導出 (エッセンス (下) p102) と同類 の問題。誘導起電力が生じる原 因は自由電子に働くローレンツ 力にある 9 BA V q f f = quB ひとの向きが直角 でない場合は、どちら かの垂直成分を用いる。 子はひと豆がつくる 平面に垂直となる。

丸で囲んだところについて，なぜそう言えるのか理由を教えて欲しいです

21 コンデンサー 大きな導体板P, R が 間隔 9cm で P- 平行に置かれ, Rは接地されている。 Pに+Q [C],R に Q [C]の電気量 を与え,PR間に一様な電場 (電界) を つくる。 接地点の電位を0とする。 A- 12cm 13cm B 4cm (1) P,R と同形で電気的に中性な, 薄 い2枚の導体板 AおよびBを, A はPから間隔2cm離れた位置に, GVR R - V-NEN M Bは Rから4cm離れた位置に入れ,PとAを導線でつないだ。 こ のとき, B の電位は 36Vであった。 P, A および B の電荷はそれぞ れいくらか。また,A,Bを入れる前のPの電位はいくらであった か。 M (2)次に,PとAをつなぐ導線を切り離し, AとBを導線でつないで から,Pを接地した。 AおよびBの電荷はそれぞれいくらになるか。 また,Bの電位はいくらか。

(1)の抵抗値Rを、手書きの写真のように求めたのですが、答えが違いました。なぜ違うのか教えてください。

Zにかかる電圧の最大が500で 2 最大2Aの電流 2[A] 2 [A] が流れるから、 50=RX2 R = 25

(3)についてです。 人、ゴンドラ、体重計を1つのものとして、αで加速してるとき2Tの力が加わってる3枚目①の式。人に加わる力の慣性力N+T=Mg+Mαの3枚目②の式から求めても正解ですか？模範解答とは違います。

9 運動方程式 ゴンドラGの上の体重計Hに乗っている人 が,定滑車を通した綱を引張って, 空中でつ り合いの状態にある。 人, ゴンドラおよび体 重計の質量をそれぞれ, 60kg, 20kg 10kg とし,重力加速度を g 〔m/s2〕 とする。 綱の質 量は無視できるものとする。 (1) この人に作用する力を,矢印を用いて, 図の中に描き込め。 9 運動方程式 29 H (2)綱(鉛直部分) の張力はいくらか。 また、 体重計の読みはいくらか。 G 次に,綱に一定の力を加えながら, たぐりつつ上昇したり,綱をく り出しながら下降したりした。 ある時間のあいだ、体重計の読みが, 16.5kg であった。 (3) このときのゴンドラの加速度を求めよ。 鉛直上向きを正とする。 ( 信州大) Level (1) ★★ (2) ★ (3) ★ Point & Hint (1) 「人が綱を引張って」 という文章に引きずられないよう に。 人が受けている力を図示する。 (2)HとG,さらにはGをつるしている斜めの綱まで一体としてみるとよい。 作 用・反作用の法則に注意。 張力T LECTURE T ( (1) 人に働く力は右のようになっている。 垂直抗力 力のつり合いより N N N+T = 60g ・① 人が綱を下へ引く (下向きの力を加える) ので,人は綱から上向きの力 (張力)を受け -作用・反作用の法則である。 ただ, る mg 重力 60g 図 a 図 b