(2)で質問です。 イプシロンやSが書かれていない時はそのままdの変化で考えて大丈夫なのですか？

発展例題38 極板間にはたらく力 電気容量 C,極板間隔dの平行板コンデンサーがある。両極板 ⊿x には,±Q の電荷がたくわえられている。 極板間の電場は一様で あるとして,次の各問に答えよ。 +Q -Q (1) コンデンサーがたくわえている静電エネルギーを求めよ。 √(2) 極板間の距離をゆっくりと 4x引きはなしたときの静電エネルギーを求めよ。 V (3) 極板間にはたらく引力の大きさを求めよ。 指針 極板を引きはなす仕事の分だけ,コ ンデンサーの静電エネルギーは増加する。 また, 引きはなす力と極板間の引力の大きさは等しい。 解説 (1) 静電エネルギーをUとして, U= = 2C (2) 極板を引きはなした後の電気容量をCとす る。 電気容量は, 極板間隔に反比例するので、 C'= d+4x -Cとなる。 求める静電エネルギー U'は, U'= 2C' = Q°(d+4x) 2Cd ■発展問題 473 d (3) 極板を引きはなす力の大きさをFとする。 この力がする仕事 F⊿x は, 静電エネルギーの 増加分 U'-Uに等しい。 F4x=U'-U=Q24x F= Q² 2Cd 2Cd 極板間の引力の大きさは,極板を引きはなす ときに加える力の大きさFと等しい。 (1) (注) 真空の誘電率を so, 極板の面積をSとする。 C = S/d から,Cd=Sであり、力の大きさ Q2/(2Cd) はQ2/(2S) と表される。 Q, S, E は極板間隔が変化しても一定であるから,極板 間の引力は一定となる。

黄色のマーカー引いてる所がわかりません。 （1）のｙ成分はなぜ−g cosθになるのでしょうか。 なぜ−がつくのかがわかりません。

口 発展例題5 斜面への斜方投射 [物理 図のように,傾斜角 0の斜面上の点Oから, 斜面と垂直な 向きに小球を初速v で投げ出したところ, 小球は斜面上の 点Pに落下した。 重力加速度の大きさをgとして,次の各問 答え 指針 重力加速度を斜面に平行な方向と垂 直な方向に分解する。 このとき, 各方向における 小球の運動は,重力加速度の成分を加速度とする 等加速度直線運動となる。 ■解説 (1) 斜面に平行な方向 にx軸、垂直な方向に y軸をとる (図)。 重力 加速度のx成分,y成 分は,それぞれ次のよ うに表される。 O (1) 小球を投げ出してから, 斜面から最もはなれるまでの時間を求めよ。 (2) OP 間の距離を求めよ。 y -gcosoi 2 gsin g P x 成分 : gsin0 y成分: -gcose 方向の運動に着目する。 小球が斜面から最も はなれるとき, y方向の速度成分vy が 0 となる。 求める時間を とすると, 「vy=v-gcoset] の式から, 0=v-gcose・t t₁ = Vo gcoso (2) Pはy=0 の点であり, 落下するまでの時間 をもとして, 「y=vot-- - 1/27g cost ・f2」の式から, 0=vol2-1212gcos0.12 0=1₂(vo-cost-t₂) t> 0 から, t₂ = 200 gcoso 発展問題 48,52 Vo O x 方向の運動に着目すると, x=-12gsinet か ら, OP間の距離xは, x= =1/29s gsino.t=1212gsine. 2v" tan0 gcoso P 200 gcoso Point 方向の等加速度直線運動は, 折り返 し地点の前後で対称である。 y=0 から方向 の最高点に達するまでの時間と, 最高点から再 びy=0 に達するまでの時間は等しく, t=2t, としてを求めることもできる。

（2）の式変形がどうして答えに繋がったのか詳しい途中式が知りたいです。

200000000000円 x軸をとる。 A 500 m x L P 例題 3) の操作を さだけを変 とする 重力加速 発展例題20 振動する台上の物体の運動 図のように、ばね定数kの軽いばねの下端を固定し,上端に質量Mの 水平な台Bを取りつけ,その上に質量mの物体Aをのせた装置がある。 物体Aと台Bを, つりあいの位置を中心に鉛直方向に単振動をさせる。 このとき,物体Aが台Bからはなれることがないとすると, AとBは同 じ単振動をする。重力加速度の大きさをgとして,次の各問に答えよ。 (1) 装置全体がつりあいの状態にあるとき,自然長からのばねの縮み 4 はいくらか。 (2) 台Bとともに単振動をしている, 物体Aの加速度αはいくらか。 鉛直上向きを正, Aのつりあいの位置からの変位をxとして, 加速度αをxの関数として表せ。 (3) 台Bが物体Aを押す力を,Aのつりあいの位置からの変位xの関数として表せ。 (4) 台Bが最高点に達したとき, 台Bが物体Aを押す力fがちょうど0になったとする。 このときの単振動の振幅ro を,M,m,k,g を用いて表せ。 (1) (5) 台Bをつりあいの位置から√2 だけ押し下げ, 静かにはなすと, 物体Aは, つり あいの位置からの変位がx のところで台Bからはなれた。 変位 x1, およびそのとき の物体Aの速さを, M, m, k, g を用いてそれぞれ表せ。 (京都産業大改) 指針 (1) 装置全体について, 力のつり あいの式を立てる。 (2) A,Bが一体となって運動しているので, A とBを一体とみなして運動方程式を立てる。 (3) (4) Aにはたらく力を考え, Aについての運 動方程式から, 力を求める。 (4) は, (3) 結果を利用する。 (5) AがBからはなれるのは, f = 0 のときであ る。また, 単振動におけるエネルギー保存の法 則では, 運動エネルギーと復元力による位置エ ネルギーの和は一定である。 復元力による位置 エネルギーは, つりあいの位置からの変位xを 用いて, kx2/2 と表される。 AkAl ■解説 (1) AとBを 一体とみなす。 力のつりあ いから, kAl-(M+m)g=0 M+m k A g B 41= A (2) AとBを一体とみなす と,変位xのときに受ける B 力は、図のように示される。 運動方程式を立てると, (M+m)g k(Al-x) ↑a (M+m)g (M+m)a=k(Al-x)-(M+m)g k kal-(M+m)g=0 を用いて, a =-- M+m x (3) Aが受ける力は,図の ように示される。 Aの運動 方程式を立てると, ma=f-mg f=m (g+a) k M+m M+m k v= 発展問題 235, 236 A g B A D**.24 B g ro= m k =mg- 東心平本全第一 (4) このとき,Aは振動の端に達しており, (3) の式でx=r のとき, f = 0 になったと考えら れる。 0= m (g-kmro) M mg M+m k (5) AがBからはなれるのは, f = 0 になるとき である。 (4) の結果から, 変位 x, は, Ĵa x r に値を代入して, vを求めると M+m k 第Ⅱ章 g x₁=ro= はなれたときのA,Bの速さをvとする。Bを √2yo だけ押し下げてはなした直後とAとB がはなれるときとでは, AとBの単振動のエネ ルギーの和は保存される。 単振動におけるエネ ルギー保存の法則を用いると、 1/2 k (√2 r.) ² = 1 {kx²³² + 1/2 (M+m) v² 9. 単振動 11

この問題の一番の問題なんですけど、私はノートのように解いたのですがなぜこう解いてはダメなのでしょうか？答えはAの気体の状態方程式を立てておしまいでした。 何回考えても分からないので教えてください！

発展問題 321. 仕切られた円筒容器■ 底面積 S[m²] の円筒容器が鉛直に立てられ, 質量 M〔kg〕 外気温 B To 壁 A To ヒント 321 (2) 位置エネルギーの減少分が内部エネルギーの増加分となる。 1 L の熱を通す壁で部屋A,Bに仕切られてい る。はじめ,上下面からの距離がともにL [m]となる位置で壁を固定し,各部屋に1 mol の単原子分子の理想気体を閉じこめる 底面積 S とともに外気温と同じ温度 T [K] となっ図1 図2 断熱材 た(図1)。気体定数をR [J/ (mol・K)〕 重力加速度の大きさをg〔m/s²〕とする。 (1) 部屋Aの気体の圧力は何Paか。 次に,図2のように, 容器を断熱材で囲んだのち, 壁の固定を外してなめらかに移動 できるようにしたところ, 壁は,もとの位置から 4L 〔m〕 だけゆっくりと移動した位置で 静止した。 このとき, 部屋A,Bの気体の温度がともに To +4T [K]となった。 (2) 4T〔K〕を.M. R. g, 4L を用いて表せ。 (11. 山口大改) 例題26) ← B To L To+4T A L+AL T+4T L-AL

力のつり合い 解答の図示が行われているところで、なんでそこがcosθになるのかがわかりません。教えてください🙇

発展例題 13 斜面上の物体にはたらく力のつりあい 傾きの角が30°のなめらかな斜面上にある, 重さ W [N] の物体に, 斜面に平行な 方向に力を加えた場合(図1) と, 水平方向に力を加えた場合 (図2), 物体はともに 斜面上で静止した。 図 1, 2 W Fi W において,物体に加えた力の 大きさを Fi〔N〕, F2〔N〕, 物 体が斜面から受ける垂直抗 力の大きさを Ni〔N〕, N2〔N〕 図 1 とするとき,F, と F2, N1 と N2 の大小関係をそれぞれ式で表せ 考え方 解答 図1′から, F1=Wsin30°- =/w -W〔N〕 (001) 図1:斜面に平行な方向と垂直な方向に力を分解 図2: 水平方向と鉛直方向に力を分解 - N₁=W cos30°= √3W(N) 2 >US 図2′から, F2=N2sin30°,N2cos30°=W 小 よって, N2=cos30° W 2√3 3 別解 図1”:力Fと垂直抗力 Nの合 力が,重力 W とつりあう。 図2":力 F2と重力 W の合力が 垂直抗力 N2 とつりあう。 図から明らかに, Ni<N2 130° 3010082 N₁ さてWsin30。 toitara 30° W 図1 30° W EROT HOW 図 1 + W cos30° 30° F1 コ各方向ごとの力のつりあい A>N₂ RENOZ) H N₂sin30° 図 2 ACCESS 3発展問題 A 1複斜面上の2物体の力のつりあい 図のように、開 傾きの角が30°60°のなめらかな複斜面の上に, 重さ F₂ REA 3 W(N), F₂=N₂=¹3W(N) +31(061) _Fi<F₂, №₁<N₂ √3 N₂ HOBO STEE 30°W 図2 $120SS N₂cos30° Be F2 A WA 30° WYS Mamm 図 2" F2 また,F1=Wsin30°= 1/21W[N], F2=Wtan30°= 1/3W [N] よって,Fi<F2 ŠŠ √3 とに立てる (S) ・頻出重要 B

（1）です。 浮力＝おしのけた水の量なので、 答えはρ0Vgだと思ったのですが、ρVgでした。 なぜですか？

発展例題8 浮力の反作用 図のように,質量Mの容器をはかりの上に置き,体積 Vo の 水を入れて,体積Vの木片を静かに水に浮かせた。 水の密度を Po, 木片の密度を ρ, 重力加速度の大きさをg とする。 (1) 木片が受けている浮力の大きさを求めよ。 2\m8.ℓちも大 (2) 木片全体の体積Vに対する水面から出ている部分の体積 の比率を求めよ。 (3) 容器がはかりから受けている垂直抗力の大きさを求めよ。 Com 指針 木片は重力と浮力を受けて静止して おり,それらの力のつりあいの式を立てる。 また, 木片が受ける浮力の反作用として、水は木片から 力を受けている。 解説 0.0 (1) 木片が受ける力のつりあいか ら,浮力をfとすると,運動 f-eVg= 0 f=pVg (2) 木片の水中にある部分の体積をVwとする と浮力は, f = pVwg となる。 (1) から, PoVwg=pVg Vw=V Po 求める比率は, V-Vw V V-VA Po V Po-P Po 木片 水 (3) 水と容器を一体の ものとして考えると, その重力は (M+pVo)g, 浮力の 反作用はpVg で鉛直 下向きに受けている。 ◆発展問題 127 11 HVIS pVg N- (M+poVo)g-pVg=0 N = (M+pVo+eV)g (M+PV はかりから受ける垂直抗力をNとすると,こ らの力のつりあいから をする ■ 別解 (3) 木片, 水, 容器を一体のもの 130 して考えると、重力と垂直抗力Nのつりあい 大ら,N=(M+pVo+pV)g 車の 重無( 12 | 121 122 123

答えの意味がわかりません。なぜ押しのけている流体の体積がVではないのに、浮力の大きさがρVgとなるのですか？写真の(1)です。

浮力の反作用 発展例題 7 図のように,質量Mの容器をはかりの上に置き,体積Vの 水を入れて、体積Vの木片を静かに水に浮かせた。 水の密度を 木片の密度を ρ, 重力加速度の大きさをgとする。 Po, (1) 木片が受けている浮力の大きさを求めよ。 (2) 木片全体の体積Vに対する水面から出ている部分の体積 の比率を求めよ。 (3) 容器がはかりから受けている垂直抗力の大きさを求めよ。 針 木片は重力と浮力を受けて静止して おり、それらの力のつりあいの式を立てる。また, 木片が受ける浮力の反作用として,水は木片から 力を受けている。 解説 (1) 木片が受ける力のつりあいか ら, 浮力をfとすると、 f-pvg=0 f=pVg (2) 木片の水中にある部分の体積をVw とする と 浮力 f, f = po Vwg となる。 (1) から, PoVwg=pVg Vw=f-v Po 求める比率は, V-Vw V = V-e-V Po V = Po-P Po 木片 水 (3) 水と容器を一体の ものとして考えると, その重力は NH 発展問題 82 (M+poVo)g, 浮力の 反作用はpVgで鉛直 下向きに受けている。 はかりから受ける垂直抗力をNとすると, こ らの力のつりあいから N pVg N-(M+p.Vo)g-pVg= 0 N = (M+pVo+pV)g (M+poVo) (E) 49 別解 (3) 木片, 水, 容器を一体のもの して考えると,重力と垂直抗力Nのつりあい ら, N = (M+pVo+pV)g

この問題の螺旋運動というのは①ですか？②ですか？ もし②ならx軸上の点に戻ってこないと思うのです

O 2 A 250 t

D側のq1が負、q2が正、q3が負になる意味がわからないです。 何故ですか？

発展例題42 コンデンサーを含む複雑な回路 物理 図の回路において,Eは内部抵抗が無視できる起電力 9.0 Vの電池, R1, R2 はそれぞれ 2.0kΩ, 3.0kΩの抵抗, C1, C2, C3 はそれぞれ 1.0μF 2.0μF, 3.0μF のコンデンサーで ある。はじめ,各コンデンサーに電荷はなかったものとする。 (1) 十分に時間が経過したとき, R, を流れる電流は何mAか。 (2) 各コンデンサーのD側の極板の電荷は何μC か。 指針 (1) コンデンサーが充電を完了し ており、抵抗には定常電流が流れる。 (2) 電気量保存の法則から、各コンデンサーに おけるD側の極板の電荷の和は0である。 解説 (1) R1, R2 を流れる定常電流をI とすると, I= (Iの計算では, V/kΩ=mA となる) (2) 図のように,各コンデンサーの極板の電荷 を Q1, Q2, Q3 〔UC〕 とする。 はじめ各コンデンサ の電荷は0なので、 電気量保存の法則から. -g+Q2-93=0 ...① R, の両端の電圧は, C.. C の電圧の代数和に 等しく, R2 の両端の電圧は, C3,C2 の電圧の 代数和に等しい。 したがって, 9.0 2.0+3.0 =1.8mA 2.0kΩ 1.8mA A 3.0μF +qi 1.0 μF 9₁ 2.0×1.8= 3.0×1.8= R₁ C1 +93 D 91 93 1.0 3.0 19. 電流 245 93 93 92 + 3.0 2.0 発展問題 500 C D 3.0k R2 C2 92 +q22.0μF B B 式 ②,③は, μC μF となる。 =V 式 ①,②, ③ から, α=4.8μC, g2=8.4μC, g3 = 3.6μC C: -4.8μC, C28.4μC, C-3.6μC

回答で1枚目の写真の問題は速度を分解していて 2枚目の写真では重力加速度を分解して考えていたのですがその違いってなんですか? こう言う時はこっちで考えるみたいなのがあったら教えて欲しいです🙇🏻‍♀️！！ よろしくお願いします

知識 物理 52.斜面への斜方投射 傾斜角αのなめらかな斜面があり 0を原点として水平右向きにx軸, 鉛直上向きにy軸をとる。 重力加速度の大きさをg とする。 時刻 0 に, 原点Oからx軸 と0の角をなす向きに, 小球Aを速さv で投げ上げた。 同 時に, 原点Oから小球Bを静かにはなすと, 大きさ gsinaの 加速度で斜面をすべりおりた。 VA 物理 Vo goosk B Six X (1) 時刻t における小球Aの座標 (XA, YA) と, 小球Bの座標 (XB, VB) を求めよ。 (2) 小球AとBが斜面上で衝突するための tan の条件を, v を含まない式で表せ。 (北海道大改) 例題5