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。

物理の力のつり合いの問題です。左の写真に問題文、右の写真に解答が書いてあるのですが、右の写真の解答にばねが半分になるとばね定数が2倍になると書かれているのですがその理由が分からないので教えて欲しいです。

24 ばね定数のばねを半分に分けて, 2つを並列にした。 全体としてのばね定 数はいくらになるか。

バネの縮みがなぜd-xになるのかが分かりません。どなたか丁寧に教えてくださるとありがたいです！

130 ばね付きの板にのせた物体の運動 図のように鉛直に 立てられた軽いばねに, 厚みの無視できる質量2mの板を固定す る。その板の上に,質量mの小球を静かに置いたところ,ばねは 自然の長さよりdだけ縮んで静止した。この位置を原点とし,鉛 直上向きを正としてx軸をとる。 ここから,さらにad (a>0) だ け板を押し下げ静かにはなしたところ, 板と小球は一体となって 動き始めた。重力加速度の大きさをg とし, 運動は鉛直方向のみ を考える。 0- fort llllllllll m (1) このばねのばね定数を求めよ。 内 -2m (2) 板と小球が一体となって動いているとき, 位置xでの加速度および小球が板から受 ける垂直抗力を求めよ。 (3) ある位置で小球が板から離れて上昇した。 小球が板から離れるためのαの条件,離 れる瞬間の位置(座標),およびそのときの小球の速さを求めよ。 (4) 小球は板から離れた後, ある高さまで上昇しその後落下した。 小球の最高到達点の 位置(座標) を求めよ。 [15 横浜市大]

Ⅳの（3）でd/３までの釣り合いが安定でそれより大きくなると不安定になる理由がわからないです。教えて頂きたいです。よろしくお願いします。

図 2-3 (a) のように, 前間と同じ平行板コンデンサーの極板P を自然長 ばね定数の絶縁体の軽い ばねに接続し ばねの他端を壁に固定した. また, 極板 P2 を壁から距離 l+dの位置に固定した (極板の厚さ は無視できる)、 極板 P1 P2 には, それぞれ電荷 +Q (Q > 0), -Qが蓄えられている。 また, 壁とばねの静 電誘導による電荷は無視できるものとする。 質量mの極板P は極板P と平行な位置関係を保って左右にな めらかに動くことができるものとする。 極板P1 に力を加えて壁から距離の位置に保持した。 極板P1 と極板 P2の間の電場の大きさをE。 とする. 図2-3 (b) のように極板P」を壁から距離(+ェの位置にゆっくりと移動した。 極板 P, にばねからはたら く力と極板間の静電気力がつりあうときの位置を Q, Fo, k, m, co のうち必要な記号を用いて表せ、ただ し, 0<x<d とする. ⅣV 次に, P1 を図2-3(a) の位置に戻し、 図2-4 (a)のようにスイッチと電圧Vo(> 0)の直流電源に接続し た。その後、スイッチを閉じ, 極板 P, に力を加えて図2-4(b) のように壁から距離+æの位置にゆっくり と移動した(ただし<z<dとする)。その後,極板 P, を移動するために加えていた力をなくした。導線が -Kx Pl + Q 0000000000 d (a) 10000000 極板P が及ぼす力は考えない (1) 極板 P1 が壁から距離1+の位置にあるときに極板P, にはたらく力F (x) を Vo, S, d, z, k, m, Eo のうち必要な記号を用いて表せ。 ただし, 極板 P1 から P2 に向かう向きを正とする. (2) 極板 P1 にはたらくばねからの力と極板間の静電気力がつりあう位置が存在するためには, Vo はある上 限値Vm より小さくなければならない。このVm を S, d, k, m, so のうち必要な記号を用いて表せ. (3) Vo Vmの場合に存在するつりあいの安定性について説明せよ。 ただし, 「a <æ <bの範囲に存在す るつりあいは安定(または不安定)」 という形式で,存在するすべてのつりあいについて言及せよ. Foyd FEQ P₁ P2 +Q 0000000000 HI l+x (b) ・ 114471 9 図2-3 P₁ P₂ 0000000000 V₁ (a) 図2-4 l+x d-x GV (b) 萬 Fol F:EG

(3)がどうして弾性エネルギー＝静電エネルギー で解いたらいけないのか分からないです。教えてください🙇🏻‍♀️

303. 極板の単振動 真空中で, 2枚の金属板を向かいあ わせた平行板コンデンサーがある。 一方の極板Bは固定さ れ,もう一方の極板Aにはばね定数kのばねが接続されて おり, Aは図のx軸に沿って動くことができる。 ばねが自 然の長さのときのAの位置をx=0とし, そのときの極板 k 0 B 間の距離をd. 電気容量をCとする。 Aを固定し、電池を接続して, 極板間の電位差を Vとした。 電池を外したのち, Aの固定を外すと, Aは単振動をした。 (1) 極板Aが位置 x=αにあるとき, コンデンサーの電気容量を求めよ。 (2) (1) のとき, 静電エネルギーは,Aが動き始める前に比べてどれだけ減少したか。 (3) Aの単振動の振幅を求めよ。 の (4) AがBにもっとも近づくときのAの位置を求めよ。 (15. 横浜国立大 改)

物理 (4)について、自分は青文字のどっちかの動きをすると予想し、つまりその時のBの速さは0なのかなと思ったのですが、なぜ赤文字の動きをするのでしょうか。 よろしくお願いします。

静止 34 A00000 2m B m 最も ばねが最も縮む瞬間 2物体は静止していて、 ばねが縮んだとき、 同じ速度になっている その後、両者逆向きに 動き出す。 途中まで左と同じ その後、Aは動かず Bだけ右に動く u u MA 31 A mm B A mmm B なぜ これが正しい? またこの後はA.B どのように運動する? 静止 A mmm B

この問題の弾性力の向きが上でした。ばねを上に伸ばしているので、ばねは縮む下向きに弾性力が生じると思ったのですが、なぜ上向きに生じるんですか？

50 弾性力 ばね定数が70N/m のつる巻きばねの一端に質量 1.0 3/15Xkgのおもりをつけ, おもりを水平な台上にのせ、ばねの他端を静かに引 き上げる。 重力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。 (1) ばねの伸びが5.0cm のとき, 台がおもりを支えている力の大きさN [N] を求めよ。 (2) おもりが台から離れるときのばねの伸びx [m] を求めよ。 l l l l l l l l l l l

物理の力学の問題です。 注のcの意味がわかりません。 わかる方教えて欲しいです🙇‍♀️

咲いているので,斜画力向には弾性力のはかに重力の成分もはたらく。 (1) ばね定数k2のばねの伸びがαのとき, k のばねの伸びをとする。おもり の大きさを無視して考えると,図より (lo+a)+(lo+b)=L よって b=L-2l-a k₁ k2 mmmm mmmm fi f2 このとき, k, k2 のばねの弾性力の大 きさをそれぞれ1, 2 とすると, フッ クの法則 (lo+b) (lo+a) 外カ =k1b=ki (L-2l-a), fz=kza おもりにはたらく力のつりあいから f1=f2 f2' 200 A (lo+b+x) (lo+a-x)+ ゆえに a=- よってki(L-lo-akza k₁ k₁+k₂ ・① ※A -(L-210) 次に,おもりを右向きにxだけ動かしたとするB (右向きを正の向きと する)。このとき, k, k2 のばねの伸びはそれぞれ k1 : 6+x=L-2l-a+x, k2: a-x よって, ばねの弾性力の大きさをそれぞれ f. ' とすると fi'=k (b+x)=k (L-2l-a+x) fz'=kz(a-x) おもりにはたらく2つの弾性力f', f' の合力Fは, ①式を用いて整理すると F=fz-fi'=kz(a-x) -k (L-2l-α+x) =-(k+k2)x+kza-k(L-2L-α)=-(ki+k2) xC ←A別解 全体の伸び L-2l をばね定数k, k2 の 逆比に分配すれば k₁ a= -(L-21) k₁+k₂ ←B おもりを移動させる のに外力が必要である。 Cx>0 (右へ移動)の とき F<0 (左向き), x<0 (左へ移動) のとき F>0(右 向き)のように,変位 xの向 きと弾性力の合力Fの向きは, 常に反対向きとなる。 また, 外力と力Fはつりあいの関 係にあるから f=(ki+kz)x なお, kk2 はばね 1,2を 並列 (直列ではない)につない だときの合成ばね定数である。

図1は分かるのですが、図2が分かりません、、 図2は両サイドにおもりがあるから0.1×2しないのですか？解説見ても分かりません。

C ◎ https://training.classi.jp/student/self-training/drill/middle-teaching-units/299/small-teaching-units/565/question-sections/9940/result/153149111?subjectCategoryld=4&subjectld=140 図1は、ばね定数50N/mの軽いばねの一端を固定し,他端に糸をつけて滑車に通 し、重さW5.0Nのおもりをつり下げたようすを表している。 図2は、両端に同じ重 〔N〕のおもりをつり下げたようすを表している。 図1、図2の場合におけるばねの伸びの値の組合せとして、最も適当なものを一つ選びな さい。 5°C くもり時々晴れ W 図1 W W 図2 選択肢 ア 図 1 0.05m 図 20.05m イ 図 1 0.05m 図2 0.10m ウ 図1 0.10m 図20.10m エ 図1 0.10m 図20.20m あなたの解答 I 正答 ウ ■■ Q 検索 X 不正解

3番の問題で、力学的エネルギーなのに小球の速さのエネルギーは加えなくてもいいのですか？ 理由を教えて欲しいです🙏🏻

第9章 ■ 単振動 89 【リード C] 基本例題 37 水平ばね振り子 →180,181 解説動画 ばね定数 5.0N/m の軽いつる巻きばねを, なめらかな水平面上に置き, 一端を固定し,他端に質量 0.20kgの小球をとりつける。小球を水平方向に距離 0.40m だけ引いてからはなすと,小球は単振動をする。自然の長さ 10.40m, (1)この単振動の周期 T[s] を求めよ。 (2) 小球の加速度の大きさの最大値α [m/s'] を求めよ。 (3) 小球がもつ力学的エネルギー E [J] を求めよ。 指針 (2) 単振動の加速度の最大値 α =等速円運動の加速度 Aω2 000000 0.40 m 0.40 m, m 0.20 2π 解答 (1) 周期 T=2π k =2π₁₂ ≒1.3s 5.0 5 (2) a=Aw²=A 4 (277)² = A(√)² = T =1/12kA2=1/2x5.0×0.40=0.40J (3) E= k 2 5.0 =0.40× =10m/s2 0.20 速さ----- 0 - 最大 - 0 加速度の 最大 - 0 最大 大きさ