θが最大の時に糸を切ったとしたら、おもりはどの方向に自由落下するんですか？

出題パターン 単振り子の周期公式 長さの軽い糸の一端に質量mのおもりを つけ、他端を天井に取りつける。 糸が鉛直になるおもりの位置を原点として、 おもりの通る円弧に沿って軸を定める。 おも りを原点から微小変位させて静かに放したと ころおもりは単振動した。 この単振動の周期 Tを求めよ。 微小角 0 に対する近似 sin99 を用いてもよい。 重力加速度の大きさを”とする。 解答のポイント! まつく m 円弧に沿った方向の加速度をαとして、 座標 xにおける運動方程式を立てる。 与えられた近似と弧長公式 (弧長) (半径)x (中心角)を用いると, (ma=-kx/ の形にもっていける。 解法 この形をつくる!! 円弧状のx軸が与えられている。 単振動の解法3ステップで解く。 STEP1 STEP2 振動中心はつりあいの位置 x = 0 の点。 折り返し点は放した点。 STEP3 図9-20のように, 座標 xでの糸 の傾きを 0 とすると, 弧長公式により, (弧長x) = (半径1) × ( 中心角0 ) 張力S ① +x向きの加速度をαとして, 運動方程式は, ma=mg sin O 0 弧長 mg (近似より) = - mg ○(①) mg xx よって運動方程式の形より, Im 周期T=2 =2 mg g mg 図9-20 し x=lo (この周期は」とのみで決まりや振れ幅にはよらない。) STAGE 09 単振動 1

この問題の（き、く）の部分の解決で、何故x軸方向にE/Bで移動する観測者と分かるのですか？ どなたか教えて頂けると助かります

VI. 次の文を読み、下記の設問1・2に答えよ。 解答は解答用紙の所定欄にしるせ 14 2022 年度 物理 電場や磁場の影響を受け, y 図1のように,y 軸方向正の向きに強さE の一様な電場がかかっているとする。 電気量 g (g > 0)の荷電粒子が時刻t = 0 に原点 0 から初速度 0(0) で運動を開始した。 時刻でのこの粒子の位置は (x,y)=(あ, である。 である。 ・図2のように、xy平面に垂直に、紙面の裏から表に向かって, 磁束密度B の一様な 場がかかっているとする｡ 質量 m, 電気量 g (g > 0) の荷電粒子が時刻 t = 0 に隠さ 0から初速度v = (u,0)(v>0) で運動を開始した。 この粒子が運動開始後に 初に y 軸を通過するときの時刻はt= E V y 平面上を運動する荷電粒子を考える。 0 STUSKO 図3のように, y 軸方向正の向きに強さE の一様な電場と, xy平面に垂直に紙面の から表に向かって、 磁束密度B の一様な磁場の両方がかかっているとする。 質量m, t 気量g(g> 0)の荷電粒子が時刻t = 0 に原点Oから初速度 (0,0)で運動 開始した。この粒子の x 軸方向,y 軸方向の速度をそれぞれ ux, vy, 加速度をそれぞ = Q1 Q とすると,運動方程式は 図1 X (x,y)=(0, B [O うで,そのときの座標は え) V い y 図2 B 立教大 0 図3 とな で運 で道 道を Vo 1. 2.

この問題のイはなぜ⊿yに1／2がついているのですか？等加速度運動の式だとついていないのが正解のように思えます

次の文章を読んで, れの解答欄に記入せよ。 なお, に適した式を問1、問2では,指示に従って解答を で与えられたものと同じ式を表す。た はすでに だし,以下では,弦が受ける重力は無視できるものとする。 必要であれば、以下の関係式を使 ってもよい。 01 のとき sin0≒0≒ tan 0 7 x 関数y=sin(ax+b) の傾きは xの関数 y=cos (ax+b) の傾きは =-asin(ax+b)(a,b: 定数) Ay Ax sin(a+β)+sin(a-β)=2sinacos β, sin (a+β)-sin(α-β)=2cos a sin β T (1) 図1のように,一定の大きさTの力で水平に張られた線密度(単位長さ当たりの質量)p の十分に長い弦を伝わる横波について考える。 図2のように, 微小時間 At の間に,波が 水平方向に微小な長さ x だけ進むとき, 弦を伝わる波の速さvv=ア と表される。 この間に、波の右端付近では, 長さ x の部分(以下ではこの部分をXとする) が波の進行 とともにわずかに持ち上げられる (変位する)。 微小時間 At の間, X は張力のみを受けて, 運動するとみなせる。 X の鉛直方向の運動を初速度 0, 加速度の大きさαの等加速度運動と 近似すると,Xの重心の変位の大きさ 1/24y , Ata のみを用いて, 1/1/24y=イ]と 表される。さらに, 長さ x の部分 X が受ける力の鉛直成分は,張力 T の鉛直成分 Tyの みであるから,運動方程式より,aは,p, Ax および T, を用いてa=ウと表される。 加えて,弦が水平となす角度が十分小さいとき, Ty=x Ayr と書くことができるので,”は To のみを使ってv= エ と表すことができる。 of T Ay Ax V Ty =acos(ax+b)(a,b: 定数) 図1 4x 4y T T

①cos180ってどこからくるのですか？ ②写真2枚目の途中式を教えてください。お願いします。

図のように、水平面との角度をなすあらい斜 面上の点Aから質量 例題4 力学的エネルギーが保存されない場合 m [kg]の物体が滑り下り た。物体は点Aから静かにはなされ, 斜面に沿っ て滑り下り点Aより高さん [m] 低い点Bを通過 した。 点Bを通過するときの速さを求めよ。 物 体と斜面との間の動摩擦係数をμ, 重力加速度の 大きさを g [m/s²] とする。 W=μ'mgcos0x 【解法】 物体が点Aから点Bに移動する間に, 動摩擦力のした仕事 W [J] は, 10 Uhigh 18 tano 180なの 動摩擦力、 img cost 基準 [Sino h 点Aの力学的エネルギー EA [J] は, 垂直抗力 m A 重力 A Xcos 180°= 静かにはなす B B

高校一年の物理基礎で応用レポートを出されました。 物理の熱の単元です。 自分、物理が苦手で全然出来ずお手上げ状態です。 何もかもが分からないので他人事感は否めないですが解法を教えてくれたら嬉しいです。

3. 質量 Mo[g] の銅製容器に、 Mi[g] の水とM[g] の金属球を入れ、 断熱容器に入れてしばらく放置する。中には ヒーターが備えられており、 毎秒q [J] の熱量を加えることができる。 熱をt [s] 間加え続けると、水温は [°C] から T2[℃] に上昇し、 一定となった。 金属球の比熱を求めよ。 ただし、 銅の比熱を 0.39J/(gK), 水の比熱を4.2J/(g・K)とし、 回答の過程も記入せよ。 4. 熱容量 CHの高温物体を、 熱容量 Cの低温物体に接触させて熱平衡の状態にすることで、 高温物体の温度を下げることを考える。 接触させる前の2つの物体の温度をそれぞれ TH Trとし、 接触後の高温物体と低温物体の温度をTとする。 (1) 接触させる前の低温物体の温度が低いほど、高温物体の温度はより低下することを、式を用いて説明せよ。 (2) 低温物体の熱容量が大きいほど、高温物体の温度はより低下することを､式を用いて説明せよ。 AU: 5. 次の操作を行ったとき、以下の気体に与えられる熱量 Qim 気体の内部エネルギーAU、気体がする 仕事 Wout において、 正の値のものは 「+｣、 負の値のものは 「-｣、変わらないものは「0」と答えよ。 A : 断熱材でできたピストン付シリンダーのピストン上部に、 おもりをのせたときのシリンダー内の気体 B : 滑らかに動くピストンで区切られて密閉された容器内で、 片方の空間Aに熱を加えたときの空間Bの気体 (素材はすべて断熱材でできているとする)。 A Qin: 問A Wout: B Qin : B 式: AU: A 式: + Wout: B

(2)について質問です。 解説ではcf間に流れる電流をiと置いていますが、acfhでは時計回り、cdef間でも時計回りで電流が流れるのならcf間に流れる電流がc→fとf→cで互いに打ち消しあい、電流は０にならないのですか？解説お願いします

チェック問題 5 時間変化する磁場 図のようにそれぞれの端子の間の 長さ1, 抵抗値Rの9本の抵抗で長 方形の回路abcdefgh をつくり, 水平 面上に置く。 全体に鉛直上向きの磁場をかけ, そ の磁束密度Bをグラフのように時間変 化させたとき (1) 回路 cfhac, 回路 cdefc に発生す る誘導起電力をそれぞれ求めよ。 (2) 辺 cf に流れる電流 (c→f の向きが正) を求めよ。 解説 (1) 〈電磁誘導の解法起電力>で解く。 起 どうやって起電力を求めるかい? たしかにそうだね。 そ こで本問のように,棒が動 かず 磁束密度Bだけが 時間変化する場合には《電 磁誘導の法則》(p.226) しか 使えないね。 図 aで回路の cfhaccdefc をそれぞれ 回路 回路 とよぶ｡ イの面積はそれぞれ a h a ア えーと､棒が動いて「プチプチ」 と磁束線を切るわけじゃ ないから、 「ローレンツ力電池」は使えないし･･････ (I-i) 3R ア B〔T〕 B₁ Ⅰ イヤ ! ◎増 OB OB I.5Rc ⑧妨H 妨 Ⅰ TH V₁ 横 12分 コー 2 f I-i iR 1 図 a ・t[s〕 V₁ イヤ! 増 妨H 妨 Ⅰ CD

(2)について質問です。 解説ではcf間に流れる電流をiと置いていますが、acfhでは時計回り、cdef間でも時計回りで電流が流れるのならcf間に流れる電流がc→fとf→cで互いに打ち消しあい、電流は０にならないのですか？解説お願いします

チェック問題 5 時間変化する磁場 図のようにそれぞれの端子の間の a 長さ 抵抗値Rの9本の抵抗で長 方形の回路abcdefghをつくり, 水平 面上に置く。 全体に鉛直上向きの磁場をかけ, そ の磁束密度Bをグラフのように時間変 化させたとき、 (1) 回路 cfhac, 回路 cdefc に発生す る誘導起電力をそれぞれ求めよ。 (2) 辺cfに流れる電流 (c→f の向きが正)を求めよ。 説 (1) 〈電磁誘導の解法起電力〉で解く。 記 どうやって起電力を求めるかい? たしかにそうだね。 そ こで本問のように,棒が動 かず 磁束密度Bだけが 時間変化する場合には 《電 磁誘導の法則》(p.226) しか 使えないね。 図aで回路の cfhac, cdefc をそれぞれ 回路 回路 とよぶ｡ アイの面積はそれぞれ a h B〔T〕 B1 OB OB えーと、 棒が動いて「プチプチと磁束線を切るわけじゃ ないから, 「ローレンツ力電池」は使えないし･････・ V₁ g ✓ 0 ⑧妨H 妨 Ⅰ I-5R C アイヤ! ◎増 準 12分 2 f t[s] ħ₁ (I - i) 3R I-i iR a +7) イヤ! ◎増 XH 妨 Ⅰ V₁ d e

至急！！！ 物理基礎の波動の問題です。解法が分からなくて困ってます（ ; ; ）教えて頂きたいです（ ; ; ）

長さ 0.60m の弦に振動を加え, 振動数を徐々に大きくしていったところ, 振動数が 480Hz のとき, 弦は大きく振動し基本振動の形になった。 以下の問いに答えよ。 (1) 弦の定常波の波長は何mか。 (2) 弦を伝わる波の速さは何m/sか。 (3) 振動数をさらに大きくしていくと弦の振動は小さくなり、再び大きく振動を始めた。 ① 弦の定常波の波長は何mか。 ② 弦に加えた振動数は何Hzか。

問5について ❶W+mgv"sinθ=Pとなるのは何故か ❷mgv"sinθは何を表しているのか 以上のことを教えていただけると嬉しいです🙇‍♀️🙇‍♀️

3 (配点33点) 図1のように,鉛直上向きで磁束密度の大きさがBの一様な磁場中に、2本のなめ らかな導体レール X Y が間隔で平行に置かれている。2本のレールの左側は水平で 同一水平面内にあり、途中から水平面となす角が9となるように傾斜している。 水平 部分の左端には,抵抗値R の抵抗 R, 切り替えスイッチ S,起電力 E の電池Eが接続 されている。 レール間には,長さ抵抗値R, 質量mの金属棒PP' がレールに垂直 に設置されている。 金属棒PP' は, レールと垂直な姿勢を保ったまま, レールから外 れることなくなめらかに動くことができる。 抵抗Rおよび金属棒PP' 以外の電気抵抗 は無視でき,また, 電流が作る磁場の影響も無視できるものとする。 重力加速度の大き さをg として,以下の問に答えよ。 R P [CL] Yt P' R, m B レール Y レール X 図 1 0 切り替えスイッチSをaにつなぎ, レールの水平部分で金属棒PP'に右向きの初速 度v を与えたところ,やがて PP'はレールの傾斜部分に達することなく, 水平部分で 静止した。 -37- 0 問金属棒PP' の速さがひとなったときを考える。このとき、金属棒PP' を P'′ か らPの向きに流れる電流の大きさをIとする。 (1) 金属棒PP' に生じる誘導起電力の大きさを, L, B, ” を用いて表せ。 VBl (2) 抵抗Rと金属棒PP' からなる閉回路について, キルヒホッフの第2法則を表 す式を書け｡ R, I, L, B, v を用いて表せ。 VBl=2RI (3) 金属棒 PP' の運動方程式を書け。 ただし, PP' の加速度は右向きにαとし, a, I, l, B を用いて表せ。 ma = -IBl (4) 加速度αを, m, R, l, B, v を用いて表せ。 VBl VB²l² a = - VBR XBlx m [= 20 2R 2km 問2 金属棒PP' が動き出してから静止するまでの間に, 抵抗 R で発生したジュール 熱を求めよ。 mo² 次に, 切り替えスイッチSをbに接続し, 金属棒PP' をレールの水平部分で静かに 放す。 このとき, 金属棒 PP' は傾斜部分に達する前に一定の速さとなり, その後レー ルから離れることなく傾斜部分を運動するようになった。 問3 金属棒PP' の水平部分での一定の速さを求めよ。 = 問4 傾斜部分を運動し, 金属棒 PP' の速さがvとなったとき, PP' の加速度を求めよ。 ただし, 加速度は斜面に沿って下向きを正の向きとする。 問5 やがて金属棒 PP' は傾斜部分で一定の速さとなる。このときの電池の供給電力 をW, 抵抗 R と 金属棒PP' での消費電力の和をPとする。 一定となった速さを W, P, m, g, 0 を用いて表せ。 -38-

問5について ❶W+mgv"sinθ=Pとなるのは何故か ❷mgv"sinθは何を表しているのか 以上のことを教えていただけると嬉しいです🙇‍♀️🙇‍♀️

3 (配点33点) 図1のように,鉛直上向きで磁束密度の大きさがBの一様な磁場中に、2本のなめ らかな導体レール X, Y が間隔で平行に置かれている。 2本のレールの左側は水平で 同一水平面内にあり、途中から水平面となす角が0となるように傾斜している。 水平 部分の左端には, 抵抗値R の抵抗 R, 切り替えスイッチ S,起電力 E の電池E が接続 されている。 レール間には,長さ抵抗値 R, 質量mの金属棒PP' がレールに垂直 に設置されている。 金属棒 PP' は, レールと垂直な姿勢を保ったまま, レールから外 れることなくなめらかに動くことができる。 抵抗Rおよび金属棒 PP' 以外の電気抵抗 は無視でき,また, 電流が作る磁場の影響も無視できるものとする。 重力加速度の大き さをgとして、以下の問に答えよ。 a R b E E [OR] とも P P' R, m B レール Y CH レール X 図1 2 01 切り替えスイッチSをaにつなぎ, レールの水平部分で金属棒PP'に右向きの初速 度vo を与えたところ,やがて PP' はレールの傾斜部分に達することなく, 水平部分で 静止した。 2m1 問1 金属棒PP' の速さがとなったときを考える。このとき、金属棒PP' を P' か らPの向きに流れる電流の大きさをIとする。 (1) 金属棒PP' に生じる誘導起電力の大きさを, 4, B, v を用いて表せ。 VBl (2) 抵抗 R と金属棒 PP' からなる閉回路について, キルヒホッフの第2法則を表 す式を書け。 R, I, L, B, v を用いて表せ。 VBL = 2RI (3) 金属棒 PP' の運動方程式を書け。 ただし, PP' の加速度は右向きにαとし, m, a, Ⅰ l, B を用いて表せ。 ma = - IB l (4) 加速度αを, m, R, L, B, を用いて表せ。 _VBl VB22 a=-VBLXBlxmm 20 2R 2km 問2 金属棒PP' が動き出してから静止するまでの間に、 抵抗 R で発生したジュール 熱を求めよ。 2 /mao² 次に, 切り替えスイッチSをbに接続し, 金属棒PP' をレールの水平部分で静かに 放す。 このとき, 金属棒PP' は傾斜部分に達する前に一定の速さとなり,その後レー ルから離れることなく傾斜部分を運動するようになった。 問3 金属棒PP' の水平部分での一定の速さを求めよ｡ F 問4 傾斜部分を運動し, 金属棒PP' の速さがvとなったとき, PP' の加速度を求めよ。 ただし, 加速度は斜面に沿って下向きを正の向きとする。 問5 やがて金属棒PP' は傾斜部分で一定の速さとなる。このときの電池の供給電力 をW, 抵抗 R と 金属棒PP' での消費電力の和をPとする。 一定となった速さを、 W, P, m, g, 0を用いて表せ。 - 38-