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物理 大学生・専門学校生・社会人

東北大学令和5年度AO入試理学部物理系の問題です。解答がない上、解きすすめ躓きました。よければ(4)以降教えていただけると幸いです。よろしくお願いします。

問2 図2のように xy平面内を運動する荷電粒子を考える. 紙面表から裏向きに磁束 密度の大きさBの一様な磁場がかけられている. 荷電粒子の質量をm, 電荷をg (g>0) とする. 重力の影響および荷電粒子の運動による電磁波の放射は無視できるとする. 以下 の問題では、粒子の速度および加速度が粒子の位置(x,y) の時間tによる微分を用いて, dx dy) および (az,ay) = dvdvy と与えられることに注意すること. (Vx, Vy) = dt' dt. dtdt (1) my 平面内での荷電粒子の速度が (vェ,y), 加速度が (azsay) のとき, 荷電粒子の運 動方程式を m, ax, ay, Us, y, 豆, B を用いて表せ. (2) 荷電粒子の時刻t = 0 での速度が (ux, y)=(V,0)であるとき,一般の時刻 t (t> 0) での速度は (ひz, y) = (V cos wt, V sin wt) となる. ここでw, V は定数で ある. この式を問 (1) の運動方程式に代入することによりωを求めよ. 次に図3のように, 一様磁場に加えて,大きさ E の一様な電場をy軸の正の向きに加 える. (3) 荷電粒子が時間によらない一定の速度 (uz, Uy) で運動しているとき,その速度 (ux, uy) を B, E で表せ. う (4) 問 (3) 一定速度 (uz, Uy) で動く観測者からみた荷電粒子の速度を (ぴっぴY), 加速 度を (ds, dy) とするとき, 運動方程式をm,d's dy, 2,4,B,Eのうち必要なも のを用いて表せ. (5) (4) において, 時刻 t = 0 での速度が (v^2)=(V', 0) であるとする. 問 (2) の 結果に注意して,一般の時刻t (t> 0) での (vay) をt,w, V' を用いて表せ.ここ 問 (2) 解である. (6) 静止している人から見て, 荷電粒子が時刻 t=0において位置(x,y)=(0,0) から 初速度(vェッuy) = (0,0)で運動をはじめた. (a) 時刻t (t > 0) での荷電粒子の速度 (vx, y) を t,w, B, E で表せ. (b) 時刻 t (t > 0) での荷電粒子の位置 (x,y) をt,w, B, E で表せ. (c) 荷電粒子はæ軸 (y = 0) から離れたあと, 時刻 t = T (T> 0) で再び軸上に 戻った. t = 0 から t = Tまでの荷電粒子の軌跡の長さLをw, E, B で表せ. 磁場B 速度(vェッy) 荷電粒子 図2 -X 磁場B 図3 電場E IC

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明治大学理工学部2007の物理大門Cです イの答えが理解できません。解説していただきたいです。

図のように、ビストンをはめた2個の円筒容器が細い管でつながれ, 鉛直に立 てられている。左側の容器は、断面積が S, であり、 ピストンの質量は M、 であ る。右側の容器は、 断面積が S, であり、 ピストンの質量は M。 である。 右側の 容器の底には弁が付けてあり、 そにから容器内に水または気体を導入できる。 左 側の容器の底近くにはヒーターが取り付けてあり、 2個の容器内部全体を加熱で きる。この装置に使われている材料は,すべて、無視できる熱容量を持ち、ま た。熱を通さない。 重力の加速度の大きいをg.気体定数をR. 大気の圧力を poとして答えよ。 はじめに、2個の容器を水で満たした。すると,図la)に示すように、左右のビ ストンは、 それぞれ底から高さh」およびょの位置で静止して、 h」 くhとなっ た。このとき、 左側のピストンが水から受ける圧力はア である。そし て、M、 とM: の間には、 イという関係がある 次に、水を容器内から排出して, 右側のビストンの上に質量Mのおもりを 乗せ、容器内をnモルの単原子分子理想気体で満たした(図b)。すると、2つ のピストンは底から等しい高さhのところに静止した。このときの気体の温度 はTであった。2個の容器をつなぐ細管や弁につながる細管の体積を無視す ると,h= ウ である。また,右側のピストンに乗せたおもりの質量は M= エ である。ここで、ヒーターに電流を流して、 気体をゆっくりと m熱た その結里 何体の祖 け ATt

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物理 大学生・専門学校生・社会人

私立医学部の問題です 解説お願いします

[IT ] 長き,断面積の一様な針金の両給を電圧 の電池につないだとき, その回路において 成立する電流の大きさやジュールの法則に関して, 電子の運動の立場から 1 つの仮説を作ること を考える。論理的につじつまが合うよう, 下記の文章の| | に適した答えを記せ。なお, 自 由電子 1 個の質量および電荷の大きさを, それぞれm およびとする。また 針金の形状は由柱 と考える。 針金の内部には, 長さんの方向に// の電場が生じていると考え。 自由電子は長さ方向にしか 運動しないと仮定する。 針金の中の自由電子は。 その電場から力を受けて加速されるが。 針金 構成している原子に大性衝内していったん停止し直ちに電場によって加速されるものと考え る (停止している時間をゼロ秒とする) 。このように。 電子は豚間的な停止等加速度運動とを 多数回線り返すが, 等加台度運動しでいる時間は常に一定値ずとする。このとき。 自由電子1側 が針金の一粒から出発しで他鳩に達するまでの時間は。 / のeV)である。 このような自由 電子の流れが電流であると考え針金内に単位体積当たり ヵ 個の自由電子があるとすると, 電流 の大ききは 78Vである。また, 針金の抵挑値は / ⑦S) と表される。 ところで, 1 個の自由電子が 1 回の非細作衝突によって失うエネルギーは [| ェ ] / (2の である。このエネルギーは自由電子 1 個に対して時間 ごとに失われるのであるから。 単位時間 当たり, 針金の中の全自和電子が失うエネルギーは。 SVSx / (2mが) である。 これは。 単位時間当たりに発生するジュール熱に等しい。

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私立医学部の問題です 解説お願いします

[TI] 長さ 断面積きの一様な針金の両穫を電圧 の電池につないだとき, その回路において 成立する電流の大きさやジュールの法則に関して, 電子の運動の立場から 1 つの仮説を作ること を考える。論理的につじつまが合うよう, 下記の文章の | ] に簡した答えを記せ。 なお, 自 由電子1個の質基および電荷の大きさを, それぞれ mn およびeとする。また。 針金の形択は凡 と考える。 針金の内部には, 長さんの方向に/との電場が生じていると考え, 自由電子は長さ方向にしか 運動しないと仮定する。針金の中の自由電子は, その電場から力を受けて加速されるが, 針金を 構成している原子に非沸性衝突していったん停止し, 起ちに電場によって加速されるものと考え る (停止している時間をゼロ秒とする) 。このように, 電子は通間的な停止と等加速度運動とを 多数回線り返すが, 等加速度運動している時間は常に一定値 7とする。このとき, 自由電子1個 が針金の一端から出革して他敵に達するまでの時間は。 / 7eV) である。 このような自由 電子の流れが電流であると考え, 針金内に単位体積当たり ヵ 個の自由電子があるとすると, 電流 の大きさは X 8である。また, 針金の抵抗値は / (7S) と表される。 ところで, 1個の自由電子が 1 回の非弾性衛突によって失うエネルギーは / 2の) である。このエネルギーは自由電子 1 個に対して時間 ごとに失われるのであるから, 単位時間 当たり, 針金の中の全自由電子が失うエネルギーは, SV*x / (2が) である。 これは, 単位時間当たりに発生するジュール熱に等しい。

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