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物理 高校生

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A 2k k 200 (物体 P 図1 位置Pで物体にはたらく A の弾性力の大きさ, およびAの弾性力による位置エネルギーを表す式を書く と,アとなる. 次に、 物体を手で水平に引いて, 位置PからAの自然の長さからの伸びが2x0 となる位置P'まで床面上 をゆっくりと移動させた。物体を位置Pから位置まで移動させる間に手が物体にした仕事はイとな る。 自然の長さ A k 図 2 床面 thik 床面 次に、図2のようにばね定数 2kの軽いばねBを水平でなめらかな床面上に置いて, B の左端を鉛直な壁 面に固定する。 B の右端に床面上に置いた A の左端をつなぎ, さらに床面上に置いた質量mの物体をAの 右端に取り付ける。 図2のように、物体を手で水平に引いて A の自然の長さからの伸びが となる位置Q まで床面上をゆっくりと移動させた。 図1で物体が位置Pにあるときに手が物体を水平に引く力の大きさをFとすると、図2で物体が位置Q にあるときにAがBの右端を引く力の大きさは F を用いて, ウと表される。 図2で物体が位置Qにあるとき, B の自然の長さからの伸びは, エロ を用いて表すと エである。よっ て, AとB 全体の自然の長さからの伸び X は, X = 10 + オ となる。また、このとき, 物体がAを引く力の大きさをk, so を用いて表すと カ である。 これらのことか ら、図2のようにつながれたAとBを1本のばねとみなしたときのばね定数は, k を用いて表すと あると考えることができる。 キで 図2で位置Qにある物体から静かに手をはなすと, 物体は壁面に向かって運動しはじめた。 A,Bがとも に自然の長さになる位置を通過するときの物体の速さはm, k, so を用いて表すと, クとなる。

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物理 高校生

名問の森の質問です! ?のところのV1とV2の向きがなぜそうなるか分からないので教えて下さい!

122 電磁気 38 電磁誘導 十分に長い直線導線Lがy軸上 にあり, 1辺の長さ2aの正方形コ イル ABCD が 辺ABをx軸上に, 辺BC を軸に平行にして置かれて いる。 コイルの電気抵抗は R で, コ イルの位置は辺ABの中点Mの座 標xで表す。 装置は真空中に置かれ, 真空の透磁率 μlo とする。 コイルの 自己誘導は無視する。 Foll 導線L に+yの向きに一定電流Iを流し,コイルを一定の速さ で,xy平面上,x軸に沿って導線から遠ざける。コイルがx(a)の 位置を通過するときについて, (1) L による,点A,B での磁場の強さ H1, H2 をそれぞれ求めよ。 (2) コイル全体での誘導起電力の向き (時計回りか反時計回りか)と大 きさVを次の2つの方法で求めよ。 Level (1)★★ (2) (a)★ (b)★ (3)★ Point & Hint 電磁誘導は一般にはファラデーの電磁誘導 の法則に従っている 0 (2) (b) 微小時間⊿tの間の磁束の変化⊿のを調 べる。 といっても, コイルを貫く磁束のはコイ ル内の磁場が一様ではないので(積分しない限 り) 計算できない。 そこで, 変化した部分だけ に目を向ける。 近似の見方も必要。 L D A -2a- M C B (a) 1つ1つの辺に生じる誘導起電力を調べる。 (b) コイルを貫く磁束の変化を調べる。 (3) x=2aのとき, コイルに加えている外力の向きと大きさを求め よ。 (九州大+お茶の水女子大) -V Base 電磁誘導の法則 磁束① = BS V=-N40 4t 一面積S N巻きコイル ※マイナスは磁束の変化を 妨げる向きに誘導起電力 が生じることを表す。 LECTURE (1) A,Bでの磁場は ? I H₁ = 2π (x− a) 2π (x+a) (2a) 直線電流Ⅰのつくる磁場は紙面の裏へ の向きとなり、磁力線を切って進む AD と BCで誘導起電力 V1, V2が図の向きに発生 している。公式V=vBlより V₁ = vμoH₁.2a V2= vμoH22a 2つの起電力が逆向きとなっていることと, H>Hより全体の起電 力は時計回りで (b)微小時間tの間にコイルはx=v4t だ け動き,右の赤色部分で磁束を402 増やし、 灰色部分で4の減らす。 そこで,磁束の変化 40は H2= 40= 40₂ 40₁ =μoH22a4xμoHi・2a4x 2μo lav π (x²-a²) At 符号マイナスは磁束の減少を表している (H) > H2 より定性的にも明らか)。 よっ て, 誘導起電力の向きは、父の向きの磁場 を生じるようにコイルに電流を流す向きで あり、時計回りと決まる。 40=2μoIav V = π (x² - a²) 4t V=V1-V2=2μova (H1-H2)= 2μo Iav π (x²-a²) (3) x=2a より V= 2μo Iv であり、誘導電流 3π えは時計回りに流れ, オームの法則より i = R 38 電磁誘導 2μo Iv 3πR V₁ H₁ v A -x+a H₁ 4x F D 123 H 2 V i V2 A ⊿xは微小なので ③ 磁場はHやHで 一定としてよい。 B H2 4x C i F2 B Iとの向きから, ③ F は引力, F2は反 発力と決めてもよい。

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