Question

めーい。

マーカーで印をしたところの解説がイマイチよくわかりません。グラフの意味もあまりピンとこないです。
詳しく教えてほしいです。
また、できれば別解があれば教えてほしいです。

十反
初理
う
支点0(ビン)
の
た。I。の最大値はいくらか(キ)。また ω を R, L, Co. Ve のうち必要なものを使って表
せ(ク)。
のの
棒A
の
棒B
(配点率 33 %)
の
ao
小球B
OP
の
小球A
はう
R
図3
Og
C=
子の
II
図1に示すように,抵抗値 R の抵抗,自己インダクタンス Lのコイル,電気容量 C の平
bo
かをつ
行板コンデンサー,スイッチ Sからなる回路がある。平行板コンデンサーは極板間の距離 x
図1
を変えることができる。極板問距離 x = d のときの電気容量を C = Co とする。最初,コン
デンサーに電荷は蓄えられておらず極板間距離は x =d であり,スイッチは開いている。
テの物
-OP
まず,端子 a-b 間に起電力 E の直流電源を接続した(図2)。抵抗に電流が流れ始め,その
後十分長い時間が経過すると,電流が流れていないとみなせるようになった。
R
(1) 電流の最大値はいくらか(ア)。また最終的にコンデンサーに蓄えられた電気量はいくら
99
S
E-
か(イ)。
Cニ
次に,直流電源をはずしてスイッチを閉じたところ,コイルに振動電流が流れる現象(電気振
bo
動)が観測された。
(2) 電気振動の周期 T はいくらか(ゥ)。またコイルを流れる電流の最大値はいくらか(エ)。
図2
その後,端子 a-b 間を導線でつなぐと抵抗に電流が流れ始め,十分長い時間が経過した後,
電流が流れていないとみなせるようになった。
P
(3) この間に抵抗でジュール熱として消費されたエェネルギーはいくらか(オ)。
R
V。
今度は,端子 a-b 間の導線をはずしスイッチを開いて,端子p-q 間に電圧の実効値 V。
be
の交流電源を接続した(図3)。抵抗を流れる電流の実効値を I。として,以下の操作により電源
の角周波数 を推定することを考える。
(4) コンデンサーの極板をゆっくりと動かし極板間距離 x をdよりも小さくしたところ, 動
C =
bo
かす前より I。が大きくなった。このことから推定される は問い(2)の電気振動の角周波
図3
数より大きいか小さいか。 ω と問い(2)の T の関係を不等式で示せ(カ)。
としたところで I。が最大となっ
4
(5) さらにコンデンサーの極板をゆっくりと動かしx=

Y+30°=30°, 150° イスーチ2代の
62 2019年度物理(解答)
として消費されるので,消費されたエネルギーをUとおくと
(3)(オ) コンデンサーに蓄えられていたエネルギーが、抵抗でジュール熱
Q=0のとき互は最大になるのでれた点に のSいた
京都工芸繊維大一前期
京都工芸繊維大一前期
2019年度 物理(解答) 63
よって
1
る
2
ア>0なので
よって,小球Aの最大の高さは
物理
Y=120°
C-L。
|Co ルギー を
R
;. I=E、L
とき、 1
y= -Rcos120°=
2
oo 米の辛」ふあり
にとる
大
E
I
解答(1(ア)
R
(イ) CoE(2)()2VLC。(エ)E Co
1
U=
2
子核はQ-6 子は となるので
アー CuE
20
07
1
(ク)の=-
2/LC。
2x
(3CE(4eく (5()h=。
+M=5W
(EV-) -6
T
R
(4)(カ)(2)の電気振動の角周波数は心1
VLC。
で,図3の回路のインビー
解説》
ダンスZ-R+ (oL-
1 ?
はo=woで
oCo
ポ 干·
《抵抗·コイル·コンデンサーによる回路》
(1)(ア) 直流電源を接続した瞬間,コンデンサーには電荷は蓄えられてい
ないので,コンデンサーの極板間電位差は0である。よって,抵抗に電圧
Eが加わり,この瞬間電流は最大となる。その値をI。とおくと,ォーム
の法則より
日
xくdのとき
メ=dのとき
最小となり、I.は最大値をとる。
*をdより小さくすると Coが大きくなる
ので oo は小さくなり, I。のグラフは右図
の破線のようになる。が
よって,w<wo ならI。は大きくなり,w>wnならI。は小さくなる。
1。が大きくなったのであるから, ω<wwである。 したがって, wは(2)の電
気振動の角周波数より小さい。
0 0
nie
E
Fネ工 さエ よ
R
r200-)pud0.+
E=RI。L. I=
(イ)十分に時間がたつとコンデンサーの充電が終わるので,抵抗を流れる
電流は0となる。したがって, コンデンサーに電圧 Eが加わり,コンデ
ンサーに蓄えられた電気量をQとすると
e09),80
さら断OgA意小 )
2元
O=
2元
等より
のく
T
1E=a %=D9
Q=CoE
(5)(キ)
x=ー
4
で。が最大となったとき,Zは最小である。このときの共振
(2)() 電気振動の角周波数を w6 とすると、気コイルの自己インダクタンス
L, コンデンサーの電気容量 Co より
1
-=0なので
C
角周波数を wd とすると, wdLー
1
Oo=
VLC。
眼等一 ネ工附学氏 (
S= (1-xaie Ev+xao) Som
式Z=R
となる。よって,オームの法則より
よって,周期 Tは
2元 -2x(LCo
(Coed+13-1)
A救小 ()
(エ) 電気振動において, コイルに流れる電流をL,そのときのコンティ
T=
Do
V。
(2) I=
AS
R
が結品面でプラッグ反射し、
14秒子)
(ク)
d
x=ー
4のとき,C=4C。である。wdL-=0なので
sC
サーに蓄えられている電気量をQ,極板間電位差をE、とすると,エ。
考え
できる
ギーは保存されるので
0L-
O×4C。
=0
I=C0E+)mia S
S
ビーテーーーー

電磁気 交流