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物理 高校生

106(オ)がわからないです

(2)図の最初の状態にもどる。すなわち,各スイッチは開いており、 (4)各コンデンサーの耐電圧(耐えられる電圧の限界)がすべて 45Vであるとき,合成コンデ C, Dの電位はそれぞれ Va=V(V), Va=Dオコ×V[V). [V/m]である。導体板 A, B, C, D間に蓄積されている静電エ 図1のように、十分に広い面積Sをもった平行板コンデンサーにおいて, 左側の極板Aは この状態でスイッチ S.のみを閉じた。このとき, 専体板A, B, どの導体板にも電荷は蓄えられていない。次の2つの操作後の結果を比較しよう。 d(m)、2d (m), 3d[m) とする。ここで, dは導体板の辺の長さ aと比較して十分小さいと する。国中のS,Sa. Siはスイッチを表している。 電源Vは電圧「V[V) の直流電源であり。 操作a):スイッチ S」を閉じ,しばらくしてスイッチ S,を開く。 それからスイッチS.を る文章を解答群から選べ。ただし、 数式は C, V、 dのうち必要なものを用いて答えよ。 2つの導体板 A, Bを平行板コンデンサーとみなしたときの電気容量を CIF) とする。 導体板Dは電源の負極とともに接地されている(接地点の電位を基準V とする。 また。 84 コンデンサー 85 標準間■ A つり最初の状態ではどの事体数にも電荷は書えられていたい。 °104.(コンデンサーの合成容量) 6.0Vの直流電源Eと,電気容量がそれぞれ 3.0μF, 1.5μF, 2,0μF, 2.0μFの4つのコンデンサー Ci, Ca, Cs, C4を図のように 接続し、十分に時間を経過させた。各コンデンサーは,接続する前 は電荷をもっていなかったものとして,次の問いに答えよ。 (1) 4つのコンデンサーの合成容量 C [uF] を求めよ。 (2)各コンデンサーに加わる電圧 Vi. Vz, Vs, Va [V), および蓄えら れた電気量Q,Q, Q, Q [C] を求めよ。 (3) 各コンデンサーに蓄えられた静電エネルギーの合計び [J] を求めよ。 C C。 S」 し ×V (VJ, Vo=UV である。導体板BとCの向かい合 C。 れらの間の空間に発生する電場は図で右向き, その強きは AB C E ネルギーの合計はオ|×CV2[J] である。 通体所の間属は拡大して かいてある ンサーとしての耐電圧 Vimax (V] を求めよ。 105.(ばね付きコンデンサー) (10 群馬大) 閉じる。 固定されているが、右側の極板Bは壁に固定されているばね (ばね定数k)につながカて。 て、Aに平行なまま動くことができる。極板が帯電していないとき, ばねは自然の長さのい 態にあり,極板間の距離はdであった。次に,図2のように,極板Aに正, 極板Bに自の筆 荷を徐々に帯電させるとばねは徐々に伸び,最終的に極板Aに +Q, 極板Bに -Qの雷益た 帯電させたところ, ばねの伸びが 4d (Ad <d), 極板問距離がd-ddとなったところでつり あった。真空の誘電率を Eo, 空気の比誘電率を1とする。また, ばねおよび壁の帯電, 重力 の影響はないものとする。次の問いに答えよ。ただし, (2)~~(5)は, Eo, d, k, Q, Sの中から 必要なものを用いて解答せよ。 (1) 電気力線のようすを図3に矢印で表せ。 極板間の電場の強さEを求めよ。 極板Bにはたらく電気的な力Fを求めよ。 (4) dd を求めよ。 (5) 極板間の電位差Vを求めよ。 ここで、極板Bを固定し、極板Aに +Q. 極板Bに -Qの電荷 を帯電させたまま、極板間に、比誘電率2の誘電体を図4のよう にゆっくりと差しこんだ。 6 このときの電気力線のようすを図4に矢印で表せ。 (7) Bにはたらく電気的な力は,(3)と比べてどうなるか。 を開く。 初めに操作(a)による結果を考察する。操作終了後,導体板CとDの間の電場の強さは 一カ(V/m] であり,導体板Aの電位は Via=Lキ ×V(V) である。このとき、毒体 新間全体に蓄積された静電エネルギーは,(1)のエネルギーの値オ×CV?[J) の ク]番 である。 一方,操作(b)の場合, 操作終了後に導体板AとBの同に発生する電場の強さはケ (V/m] であり, 導体板Aに蓄えられた電気量は Q=D■コ C) である。 また、事体板 A Bの電位はそれぞれ VAb= サ×1/[V), Vias=■シ×1/(V) となる。この場合、毒 体板間全体に蓄積された静電エネルギーは, (1)のエネルギーの値閉×CV*(J]の ス] 倍である。 したがって、2つの操作後の結果を比較すると次のようなことがわかる。 スイッチS。 を閉じると導体板 B, C間に発生していた電場が消失するので, スイッチを開じた直後。 その分の静電エネルギーが減少する。このとき、 セ」ということがいえる。 (2)の(b)の操作後,しばらくしてスイッチS:を開き、それからスイッチS,を開じた。この とき,導体板Cの電位は V%=[ ソ×1/[V] で, 導体板BとDに蓄えられている電気量 (絶対値)はそれぞれタ×0,[C). 「 チ]×Q&(C) となる。ここで、 &はこのコ(C である。 |セの解答群 3- d-dd- B A B otinl Foom P00000 +Q-91 図1 図2 -Q +Q 図3 +Q *106.(4枚の導体板によるコンデンサー回路) (15 広島市大 改) 図4 (a), (b)で等しくなる 間の静電エネルギーに加算される (14 東京理大改) s」a 51

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物理 高校生

問題の(3)(4)が分かりません。先生に質問したのですが、(3)の①②までは理解できるのですが、③がどうしてこうなって、物体が静止するのかが分かりません。 (4)は運動方程式の立て方が分からないです。 誰かわかる方お願いします!

ヒント(3) 動摩擦力の大きさを求めるには, 運動方程式を利用する。 例題13 99)滑車でつながれた2物体の運動● 図のように, 水平とのなす角が30° の斜面上に, 質量 8.0kg の物 体Aを置き,軽いひもをつけて滑車にかけ, 質量 6.0kgの物体Bをつるして静かにはなした。次の各 問に答えよ。ただし, 重力加速度の大きさを 9.8 m/s°とする。 (1) 斜面がなめらかな場合,物体Bは上昇するか, 下降するかを答えよ。 (2)(1)の場合で, A, Bの加速度の大きさと, ひもの張力の大きさを求めよ。 次に,斜面に摩擦があり,Aとの間の静止摩擦係数を 0.50, 動摩擦係数を0.40 とする。 (3) Bを静かにはなしたとき, A, Bは動き出すか, 静止したままかを答えよ。 (4) ひもがたるまないようにBに下向きの初速度を与え,Aを斜面に沿って上向きに すべらせた。すべっている間のA, Bの加速度の大きさと,ひもの張力の大きさを求 A B 8.0kg 30° |6.0kg げ出され めよ。 ヒント(2)(1)で求めたAの重力の斜面に平行な成分を利用し, 物体が動き出す向きを正として運動方程 例題11·13· 14 式を立てる。(4) Aは動摩擦力を受けている。 中空 THI 00.連結された2物体の運動 図のように, 質量 M B

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物理 高校生

なぜ、この公式ができるのか教えてほしいです。 よくわからないので教えてください

2 等加速度直線運動 斜面を転がり落ちる小球は, 加 速度が一定の直線運動をしている Im/s) 図16 斜面を転がり落ちる小球 二定の時間間隔で撮影した連続写真である。 (図1)。このような, 加速度がー 定である直線運動を,等加速度直 線運動という。 ●等加速度直線運動の式 加速度 a [m/s°]で,物体が等加速度直線 運動をしている。このとき, 時刻 t=0における速度(初速度)をvo [m/s), そのときの位置を原点と し,初速度の向きを正としてx軸 をとる(図17)。時刻 t[s] における 速度をv[m/s]とすると,式(11) から,速度ひは,次式で表される。 の linear motion of uniform acceleration 変位x Vo 0 At 図1回 v-tグラ 時刻0 時刻t initial velocity 図17 等加速度直線運動 運動を測定し始める時刻をt30 とする。 また,式 らtを消去 V2-V1 式(11) Op.18 得られる。 a= t-t vーv 途中計算 式(11)に, a=a, t=0, な=t, v,=0, 5 ひ2=ひを代入して整理すると,式(12)が得られる。 V= Vo+at …(12) この運動のひーtグラフは, a>0であれば,図18のような右上がりの直線 となる。このとき,グラフの傾きは加速度 a, 切片は初速度 voに相当する。 このグラフを利用することによって, 時刻 t[s] における物体の変位 x [m]は、 次式で表される。 等加 1 *=vot 2 傾きは加速度 aを表す [m/s) +; at…(13) 式(13)の導き方図18で, 時間を微小な時間 間隔 At(s]で等分すると,各区間は等速直線 運動とみなせる(図19(a))。このとき, 各区間 の移動距離は,長方形の面積で表され, 時刻 t(s] における変位x[m] は, それらの面積の 総和となる。4t(s]が十分に小さければ, 長 方形の面積の総和は斜線部の台形の面積に等 しく,変位x(m] は式(13)で表される(図19(b))。 at 10 Vo 切片は初速度 V。を表す 問 Vo 東店 0 t 時間t 15 20 第1章 力と衝動 図18 等加速度直線運動の vーtグラフ 速度 "

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物理 高校生

等加速度運動における ①v=v₀+at ②x=v₀t+(1/2)at の2つの公式について質問です。 (加速度a,経過時間t,初速度v₀,変位x) 等速度運動においてx=vtが成り立ちます。日本語で考えたら、「速度v(m/s)でt(s)間動いた時の変位xはx=vt」で正し... 続きを読む

里祝与具である。 JP間く 定である直線運動を,寺加, linear motion of uniform acceleration 線運動という。 ●等加速度直線運動の式 加速度 a [m/s°]で,物体が等加速度直線 運動をしている。このとき,時刻 t= 0における速度(初速度)をv (m/s), そのときの位置を原点と し、初速度の向きを正としてx軸 変位x Vo a 時刻0 時刻t initial velocity ン 図17 等加速度直線運動 運動を測定し始める時刻をt=0とする。 をとる(図立)。時刻[s] における V2-V1 式(11) a= t-t ○p 速度を[m/s) とすると,式(11) から,速度»は,次式で表される。 …(12) 途中計算 式(11)に, a=a, t;=0, な=t, u V2=ひを代入して整理すると, 式(12)が得られ ひ= Vo+at この運動のーtグラフは, a>0であれば, 図18のような右上がりの となる。このとき,グラフの傾きは加速度 a, 切片は初速度 voに相当す このグラフを利用することによって, 時刻 t[s] における物体の変位xlr 次式で表される。 傾きは加速度 aを表す 1 [m/s) x=Vot+ at? . (13) 式(13)の導き方図18で, 時間を微小な時間 間隔 dt(s) で等分すると, 各区間は等速直線 運動とみなせる(図19(a))。 このとき, 各区間 の移動距離は,長方形の面積で表され, 時刻 t(s)における変位x[m]は, それらの面積の 総和となる。At(s]が十分に小さければ, 長 Vo 切片は初速度 00を表す 0 方形の面積の裕和山 速度 "

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