Question

猫さん

問5でなぜ速さが一定となるのでしようか。起電力と誘導起電力が等しくなったのちも、どうせ導体棒には下向きの重力が働いて下向きの加速度が存在すると思うのですが、、

全統模試】
数αは0
Jo 1+x²
す定数とす
C2:y
有してい
第1回転
全統検
全統 2020
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XYが開隔で平行に置かれている。2本のレールの左側は水平で1.
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 (1
部分の左端には、抵抗値R の抵抗R. 切り替えスイッチ S. 起電力の電池Eが接続
されている。 レール関には、長さん抵抗値 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。
RIIT
レール Y
111
R, m
レールX
図1
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
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。
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
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, B, を用いて表せ。
(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, を用いて表せ。
(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aとし
a LLBを用いて表せ。
(4) 加速度αを, m, R, LB, を用いて表せ。
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。
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。
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, eを用いて表せ。
usina
ひひ
V=UBX
30
IBR
運動方程式
・3
→ひ
5,
-B
運動方程式
usont
(2) ZRI=ひBℓ
(3) ma=-IBR
(4)
3
問2.RとPで発生したジュール熱の和は1/21m²
どちらも抵抗値が同じなのでRでのジュール熱は
Q = = = =^ mus ² = = myst
3, BO
aBl
→F
md = ミラデ+I'Bl
TB
一定の速さ⇒ al=0.
E
Bl
a=-
DATE
IBT
ucose
[Bl coso
UB²³1²
2m²
導体棒の速さがひとなった時
ザックの法則
E-UBX=
ZRI!
4
3
E
・千
mgy
PPに流れる電流ⅠはRRI=E-UBWSO
Ⅰ = (E-uplus) Bl
2R
4
a's (E-VB) Bl
2m
ma= mgsing + IB co so
a=
gsind t
15ftinec
w+msing xひたエレン
==ma².
(E-valcoso) By coso
2
91=
Wil cost
ネルギー保存
(Wingsing. u = (P)
P-W
mgsing
2
辞ックのし
仕