この問題の解答を作っていただけませんか。院試の勉強に役立てるつもりです。

問題1 粒子の質量 m、ばね定数K の1次元調和振動子を考える。波動関数 y=N.exp( 26 ) yo N=exp(-1211 ) exp(61) - 2017(6) 00: = non! を考える。ここで、yは1次元調和振動子の基底状態、*およびらはフォノンの生成および消滅演 算子 z は複素定数である。 (4) (5) の解答はm、 K を用いずに、講義でも用いた実定数 1 a = V h = = ħ² (mk) = ½ 4 mo z、および、hを用いて表せ。 (1)は規格化されたエネルギー固有関数y=(6) を用いて 8 1 y = N₂Σ n=0 Vn! と表すことができることを示せ。 (2)yが演算子の固有関数であることを示せ。 さらに固有値を求めよ。 (3)が規格化されていることを示せ。 (4)yによる位置演算子の期待値x、運動量演算子のx 成分 px の期待値を求めよ。 (5)位置のゆらぎ4x=√<yl(i-xy)、および運動量のx成分のゆらぎ4p=<yl(p.-P)^v)を を求めよ。 この結果を用いて、不確定性関係が満たされていることを確認せよ。 (6) 初期条件(0)=yの場合の時間に依存したシュレディンガー方程式の時刻 t での解をy(t) と 表す。B(t)=(y(t) (1) とする。 〈4 (1) 6y(t)) をB(t) を用いて表せ。 (7) B(t)の満たす微分方程式を導出し、その一般解を求めよ。 (8)時刻tでの解y(t)による、位置、運動量のx成分の期待値を求めよ。初期状態のzは z=rexp(i0)、 ここでおよび0は実数である、で与えられるとし、期待値を、a、r、 0、 w、 t、および、hを用 いて表せ。

A.Bの電流がcにつくる磁場はなぜ図のようになるのか教えてください。 右ねじの法則をどう使えば図のようになるんですか？

例題43 平行電流がおよぼしあう力 図のように, 3本の平行で十分に長い直線状の導線A, B, とBに紙面の表から裏の向きに, Cには逆向きに,いずれも cを, 一辺10cmの正三角形の頂点に, 紙面に垂直に置く。 A 12.0Aの電流を流す。 真空の透磁率を4×10-7 N/A とする。 (1) A,Bの電流が,Cの位置につくる磁場の向きと強さはい くらか。 (2)導線Cの長さ 0.50mの部分が受ける, 力の向きと大きさはいくらか。 指針 (1) ねじの法則を用いて, A, B の電流がCの位置につくる磁場を図示し, それ らのベクトル和を求める。 磁場の強さは. H=I/(2πr) の式を用いて計算する。 (2) フレミングの左手の法則から力の向きを, 磁場 261 発展問題 524 10cm B ので,Ha=H, である。 合成磁場は,図の右 向きとなる。 H, HB は, I 2.0 10 H=HB= = = - [A/m〕 2лr 2×0.10 π 合成磁場の強さHは, F=1JHI の式から力の大きさを求める。H=2×Hacos30°=2x10x1 08 π =5.50A/m 5.5A/m 10/3 = π 解説 F30° 電流の大きさは等しく, Cまでの距離も等しい (1)A,Bの電流がC の位置につくる磁場 A,Bは,右ねじの 法則から、図のように なる。HA,HB は,そ れぞれ AC, BC と垂直である。また,A,Bの -HB CQ H (2) フレミングの左手の法則から, 導線Cが受 ける力の向きは,AB と垂直であり,図の上 HA 向きとなる。 力の大きさFは, AQ &B 10√3 F=μolHl=(4×10-7) x2.0x -×0.50 π =6.92×10-N 6.9×10-N

偏光現象の問題なのですがどのように考えると答えを導くことができるのかわかりません。どのように考えると解けるのでしょうか？教えてください。

光の明るさは、振幅の2乗の和で求められる。 同じ振動数 (色) の光が重なる場合、 同じ偏光方向の光 同士であれば干渉が起こるので、 振幅の状態で足し合わせてから、合成された振幅を2乗する。 しかし、2 つある偏光は独立なので、 異なる偏光方向の光同士は互いに干渉しない。 従って、 その場合は振幅の状 態では足し合わせず、 個々の振幅を2乗してそれぞれの明るさを評価してから、両者を足し合わせること になる。 C B A

解き方がわかりません。 教えていただきたいです。

29. 次の微分方程式の一般解を求めよ. (1) d²x dx +3 +2x=0 dt2 dt d²x dx (2) - 2 +x=0 dt2 dt 31 (3) 解答 d²x dt2 +9=2cos 2t (1)一般解は,特性方程式 2 +3 + 2 = (入 + 1) (入 + 2) = 0 ⇒ 入 = -1, -2 より, x=cle '+c2e- -2t (C1, C2 は任意定数) である. (2) 一般解は,特性方程式 X2 - 2X + 1 = (入 - 1)2 = 0 ⇒ 入 = 1 より, z = e (Git+c2) (C1, C2 は任意定数) である. (3)この微分方程式の非同次項が 2 cos 2t なので、 一つの解はn(t)=Acos 2t + Bsin 2t d² (Acos 2t + (AとBは定数)という形であるとして, 微分方程式の左辺に代入すれば, dt2 Bsin 2t) + 9(Acos 2t + Bsin 2t) = 5A cos 2t + 5B sin 2t となる. これが 2 cos 2t に等 しくなるように A と B を決めれば, A = 2/5, B = 0 となる.よって,一つの解は 2 d²x n(t)== cos2t であることがわかる. また, 同次方程式 +9=0の一般解は, 特性 dt² 方程式入2 +9 = 0 ⇒ 入 = ±3i より C cos3t + C2 sin 3t である. よって, 求める一般 解は,同次方程式の一般解と非同次方程式の一つの解の和であるから π = C cos3t + C2 sin 3t + = cos 2t 5 (C1, C2 は任意定数) である.

この量子力学の一次元ポテンシャル問題が分かりません．可能であれば解説をしていただきたいです．初心者なので丁寧に教えて下さい！

3.w(x)を実関数として以下の形に書くことができるポテンシャルに対する質量mの粒子 の1次元ポテンシャル問題を考える. =2727 V(x) = 2m ·(w¹²(x) — w'(x)). (3.1) ここで,'はxによる微分を表す。例として,w(x)=(mw/2h)x2のときにV(x)はよく知られ た角振動数の調和振動子のポテンシャルから定数を引いたものになる. (a)を運動量演算子,父を位置演算子として、この系のハミルトン演算子は,一般にある 適切な実関数f(x)を用いて 1 2m =(i+if(x))(i-if(x)) (3.2) という形に書くことができる. f(x) を具体的に求めることでこのことを示せ.このこと から,この系のエネルギー固有値 En (n=0,1,...)は非負であることがわかる. 以下では, EoE1E2.･･とする. (b) エネルギー固有値E。=0の束縛状態が存在する場合を考える.この基底状態の波動関数 (x)を求めよ. ただし, 規格化定数は問わない. (c) ポテンシャルV(x)が V(x)= == 2 2 h² + = 1 ;(tanh?(x/a). ma² cosh2(x/a) 2ma² 2ma2 cosh² (x/a)) (3.3) (aは定数) のとき,対応するw(x) を求めよ. また, その結果を利用して、ポテンシャル が 2 U(x) = - ma²cosh2(x/a) (3.4) で与えられるときに基底状態のエネルギー固有値と波動関数を求めよ. ただし, 規格化 定数は問わない. (d) (3.1) 「対」になるポテンシャル V(x) = h² (w12 (x) + w" (x)) (3.5) を考える.この「対」になる系の束縛状態のエネルギースペクトルÉmはÉm=E(=0) となるものが存在しないことを除いて束縛状態のEnと一致する,すなわち,Ēo = E1 E1 = E2, ... となることを示せ. (e) ポテンシャル(3.3)と 「対」になるポテンシャルV (x) を求め, (4) の結果を利用すること で、ポテンシャルが (3.4)で与えられるときの束縛状態の個数を求めよ.

直列の場合の部分で、2枚目の黄色マーカーのところがよく分かりません。

mg 3. ばね定数がそれぞれ k1, k2 のばね2本を並列あるいは直列につないだとき, 1本のばね で置き換えた場合の合成ばね定数を求めよ. 4.質量 mA の物体Aと質量m の物体Bがひもでつなが k₁k2 k1+k2, k1+k2

アンペールの法則を考える際、任意の閉曲線内の電流の総和を考える必要があると思いますが、この問題では、o2軸周りで考えた際に、o1軸の円柱の一部の電流を考えなくても良いのでしょうか。

アンペールの法則 & H. de H・dl = I 磁界線積分の微小線素 104 ループ内の電流総和 e ○2まわりの閉路を考えたとき、 ここの電流は考えなくても よいのか?

アンペールの法則を考える際、任意の閉曲線内の電流の総和を考える必要があると思いますが、この問題では、o2軸周りで考えた際に、o1軸の円柱の一部の電流を考えなくても良いのでしょうか。

アンペールの法則 & H. de H・dl = I 磁界線積分の微小線素 104 ループ内の電流総和 e ○2まわりの閉路を考えたとき、 ここの電流は考えなくても よいのか?

問題6、7の答えが分かりません。教えて頂きたいです、、

問題 6 正しいのはどれか。2つ選べ。 1. 電力量は抵抗にかかる電圧と流れる電流の積で表される。 ② 電子1個を IV の電界に逆らって移動させるのに必要な仕事は 1J である。 3.直列に接続された各抵抗に流れる電流量は各抵抗の抵抗値に比例する。 4 回路中の抵抗で消費される電気エネルギーは全てジュール熱に変換される。 ⑤.電気回路の任意の点において、流入する電流の総和と流出する電流の総和は常に等しい。 問題 76本の平行な長い直線の導線が図のように正六角形の頂点A、B、C、D、E、Fの位置に並べられている。これら の導線はいずれも紙面に垂直な方向に張られており、そのうち A、C、D、Eを通る導線には紙面の裏から表の向き、B Fを通る導線には表から裏の向きに、いずれも 1.0Aの電流が流れている。このとき、正六角形の中心0に生じる磁場 の向きで正しいのはどれか。 1. 上向き (OからAに向から向き) 2. 下向き (OからDに向から向き) 3. 左向き (Oから線分 BCの中点に向から向き) 4. 右向き (Oから線分EF の中点に向かう向き) 5. それ以外の向き 問題8 直径1mm、長さ10mの銅線の抵抗 [Ω] に最も近いのはどれか。 ただし、銅の抵抗率はo=1,673×10-°C とする。 BO .O OD F OE

東北大学令和5年度AO入試理学部物理系の問題です。解答がない上、解きすすめ躓きました。よければ(4)以降教えていただけると幸いです。よろしくお願いします。

問2 図2のように xy平面内を運動する荷電粒子を考える. 紙面表から裏向きに磁束 密度の大きさBの一様な磁場がかけられている. 荷電粒子の質量をm, 電荷をg (g>0) とする. 重力の影響および荷電粒子の運動による電磁波の放射は無視できるとする. 以下 の問題では、粒子の速度および加速度が粒子の位置(x,y) の時間tによる微分を用いて, dx dy) および (az,ay) = dvdvy と与えられることに注意すること. (Vx, Vy) = dt' dt. dtdt (1) my 平面内での荷電粒子の速度が (vェ,y), 加速度が (azsay) のとき, 荷電粒子の運 動方程式を m, ax, ay, Us, y, 豆, B を用いて表せ. (2) 荷電粒子の時刻t = 0 での速度が (ux, y)=(V,0)であるとき,一般の時刻 t (t> 0) での速度は (ひz, y) = (V cos wt, V sin wt) となる. ここでw, V は定数で ある. この式を問 (1) の運動方程式に代入することによりωを求めよ. 次に図3のように, 一様磁場に加えて,大きさ E の一様な電場をy軸の正の向きに加 える. (3) 荷電粒子が時間によらない一定の速度 (uz, Uy) で運動しているとき,その速度 (ux, uy) を B, E で表せ. う (4) 問 (3) 一定速度 (uz, Uy) で動く観測者からみた荷電粒子の速度を (ぴっぴY), 加速 度を (ds, dy) とするとき, 運動方程式をm,d's dy, 2,4,B,Eのうち必要なも のを用いて表せ. (5) (4) において, 時刻 t = 0 での速度が (v^2)=(V', 0) であるとする. 問 (2) の 結果に注意して,一般の時刻t (t> 0) での (vay) をt,w, V' を用いて表せ.ここ 問 (2) 解である. (6) 静止している人から見て, 荷電粒子が時刻 t=0において位置(x,y)=(0,0) から 初速度(vェッuy) = (0,0)で運動をはじめた. (a) 時刻t (t > 0) での荷電粒子の速度 (vx, y) を t,w, B, E で表せ. (b) 時刻 t (t > 0) での荷電粒子の位置 (x,y) をt,w, B, E で表せ. (c) 荷電粒子はæ軸 (y = 0) から離れたあと, 時刻 t = T (T> 0) で再び軸上に 戻った. t = 0 から t = Tまでの荷電粒子の軌跡の長さLをw, E, B で表せ. 磁場B 速度(vェッy) 荷電粒子 図2 -X 磁場B 図3 電場E IC