(4)の鉛直成分が0となるのは何故ですか？ AとBが衝突したら鉛直方向には飛ばないからですか？教えてください。

27 水平な地面上のP点から質量mの小物 体Aを鉛直に打ち上げ, 同時にQ点から 質量Mの小球Bを打ち出す。 B の打ち上 げ角度は変化させることができる。 Aの 打ち上げの初速をv, Bの初速をV(>u) とし, 重力加速度をg とする。 (1) AがBと衝突しない場合, A の打ち上げから着地までの時間を求 めよ。 (2) BをAに衝突させるには, 角度αをいくらにすべきか。 sin α を求 Gam T V Bea Q M ひ ▬▬▬▬▬▬A 地面 P £1 めよ。 (3) Aが最高点に達したときに衝突が起こるようにしたい。 そのために は PQ間の距離をいくらにすればよいか。 α を用いずに表せ (以下, 同様)。 ME 30M (4) AとBが最も高い位置で衝突し両者は合体した。 合体直後の速度 aa の水平成分と鉛直成分の大きさはそれぞれいくらか。 (5) AとBは合体した後、地面に落下した。 P点から落下点までの距 (大離x を求めよ。

問109のコンデンサーの問題です。 S1を端子2に切り替えたときC1の電圧が2/3Cのままである理由を教えてください。

109 ・回路とつなぎかえ> 電気量保存の法則と、電位差の関係式を用いる。 (イ)S, を端子2に入れる C2の電圧はEと等しい 「極板の間隔を2倍」 電気容量は倍 Aのほうへ電荷をもどそうとするが、 ダイオードに止められる ア) 回路は実質的に右図の実線部分となり, C1 と C2 は直列である。 C と C2 の電圧をそれぞれ V1, V2 とすると AB間の電圧について Vi+V2=E 電気量について Q=CV=2CV2 上記2式より V₁=E 別解 初期電荷が0だからCとC2の電圧の比は電気容量の逆数の比になる。 C+2CE=2/3E C の電圧 V は Vi=C+2C 2C (イ) S端子2に入れると, C2の極板間の電圧はEになるから,AB間の電位 差は Vi+E= 5 =1/32E+E=1E (ウ)BよりAのほうが電位が高いからDには順方向に電流が流れ,Dの電圧が 0になるまで電荷が移動する。 S2 を閉じた後の各コンデンサーの電位差を図のように V1, V2, Vと すると V1 + V2=V/3 ※A← ...... ① また、各コンデンサーに蓄えられている電気量はそれぞれ Q=CV1 Q2=2CV2 Q3 = 2CV3 点A側の電荷の保存より +Q+Q=+/CE+0 ゆえに Vi+2Vs = 212/2E 点P側の電荷の保存より -Q+Q2=1/3CE+2CE ゆえに Vi+2V2=1/32E -E q=Q₁==ce, 2 V-22-1/21. v= Q = 5 E₁ -3 ③ 5 ①, ②, ③ 式より V1, V2 を消去して V3 を求めると Vs= よって, 求める Q3 は 12 Q3=C₁V₁=2C ×52E=CE 12 別解 S2 を閉じた後の図で,点A, Pの電位をx, y と仮定する。点P側の 極板の電荷の保存より Cx(y-x)+2C×(y-0)=-12/3CE+2CE 点A側の極板の電荷の保存より C×(x-y)+2C×(x-0)=+/3/3CE+0 -E, =1/72E.y=1/2E -E 上記2式より x= 5 よって,C の電気量 Q, はQ=2C×(x-1)=2C×(1/E-0)=1/CE (エ) 極板の間隔を広げると電気容量が小さくなる※B。 「Q=CV」より,Q3が 一定ならば,C3 が小さくなると V3 は増加することとなる。 電荷はダイオードDを逆方向に流れることができないから, C3 の電荷が(ウ) のまま保たれる。 V1 Cx=2C×12=cQ==.22CE 2 11 2 _1.Q2 5 1 = U = 1 x V² - 1 · 2 0 - 1 0 ( 2 ) ² - 1 IC (CE) - CE = -CE2 25 144 2 2C 2 2C V20 E S1 |C1 P• ・C C 2 2C A A C₁ C₂ C1 B V3 C 2C より V1+V2=V3 S2 を閉じる前 A V₁ ※ A Vi+ V2=V V3 = V HE 2C B +2/3CE CE C3 P +2CE C21 2C-2CE B S2 を閉じた後 Ax 0 電位差 0 2C S₂ 文 C31 2C0 電位差 0 2C 気容量がいずれもC〔F〕のコンデンサー C1, C2, 抵抗値 108. 〈スイッチの切りかえによる電荷の移動> 図のように、電圧 Vo [V], 2V 〔V〕 の電池 E1, E2, 電 [R[Ω] の抵抗 R, スイッチ S1, S2 が接続されている。 最 初, スイッチ S1, S2 は開いていて,C1, C2 には電荷は蓄 えられていないものとする。また, 電池の内部抵抗は無 1+ 視できるものとする。 次の問いに答えよ。 Vo (V) E2 2V (V) (1) S, を閉じてから十分に時間が経過した。 この間に電池E」 がした仕事を求めよ。 (2) 次に, S, を開きS2を閉じた。 十分に時間が経過した後のC2 の両端の電位差を求めよ。 また, この間に電池 E2 がした仕事を求めよ。 (3) 続いて, S2 を開き, S1 を閉じた。 十分に時間が経過した後, Si を開き S2を閉じた。さら に十分に時間が経過した後の, C2 の両端の電位差を求めよ。 (4) この後,(3)の操作をくり返すと, C2 の両端の電位差はある有限な値に近づく。その値を 求めよ。 S ◆BC=es より電気容 量は極板間隔dに反比例する。 S₁ 180 114 コンデンサー 89 B R R [Ω] C₁ C [F] 109. 〈ダイオードを含むコンデンサー回路とつなぎかえ> 次のア~ウに当てはまる式を記せ。 また,エは指示通りに解答せよ。 A S2 C2 C [F] tr 図に示した回路において, C1, C2 は電気容量がそれぞれC, 2Cの平行平板コンデンサー, C3 は極板間隔を変えることが できる平行平板の空気コンデンサーで,あらかじめ電気容量 が2Cになるように極板間隔を調節してある。Eは起電力E の電池, S, S2はスイッチ, Dはダイオードである。 初め, C1, C2, C3 の電荷は0で, S1, S2 は開かれている。Dは順方 向のみに電流を通し, そのときの抵抗値を0とする。 まず, S1 を端子1に入れて C1, C2 を充電した。このとき、 C の極板間の電圧はアである。 次に, S1 を端子2に入れて, 十分時間が経 S を開いた。このとき, AB間の電位差はイになっている。この状態で、 と C3 にはウの電気量が蓄えられる。 次に, S2 を閉じたまま, Cg の極板 に広げた。 この操作の後, Ca における極板間の電圧 V, 蓄えられている電気 の電気容量 Cx と,極板を広げるのに必要とした仕事Uを, C, Eなどを用い れを区別してエに示せ。 S₁ E 12 =C2 B 110. 〈4枚の導体板によるコンデンサー回路) 次のア~スソーチの中に入れるべき数や式を求めよ。 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

物理の熱力学についてです （3）の気球でアルキメデスの浮力が働いているのですが、浮力の空気密度がバーナーに点火する前の温度での密度なのでしょうか

0.2S B 向のみ よい｡ 本の V To と TVのときで, シャルルの法則・ T Vo _ V ' V' = これから, T' To T' To 求める空気の密度を ρ'[kg/m²] とすると, m To VT (kg/m³)...2 To V.T' T= m p'=- =mx. V' (3) 気球は,風船部の空気を含んだ全体の重力,および風船部の浮力 垂直抗力を受け,地上からはなれる瞬間に垂直抗力が0となる。 風船 部内の温度がT〔K〕 のときの空気の密度をp[kg/m²] とすると, 式 ② p= -[kg/m³) 3 m To VOT = mV mV-MV₁ =一定の式を立てると V'= T〔K〕 Vo〔m²] から. 風船部の空気の質量は,(密度)×(体積)=pVであり,重力は pVg と なる。浮力は,アルキメデスの原理から,風船部の空気が押しのけな 外気の重さに等しく, oo Vg である (図)。 地上からはなれる瞬間に, (重 力)=(浮力) となるので, 式 ①, ③の値を用いて, Mg+pVg=pVg Mg+ ·② mTo 0 PorVg= m Vo Vg ●ここでは, 風船部内の 空気を直接考えるのでは なく、風船部内の空気と 同じ温度, 密度の一定量 の空気を考えている。 お風船部内の空気は 気と通じており, その 力は常に外気圧と等し ので、考えている空気 温度変化においても, 力が一定という条件を 用している。 ●式②のT'をTに置 換えてpが得られる poVg 0 pVg Mg

(3)なぜ極板間の距離を2倍にしているのに電位差は変わらないとして計算しているのですか？

458. 極板の間隔と電位差図のように、 電気容量 0.20μF の平行板コンデンサーの両端に, 40Vの電池をつなぎ, ス イッチSを閉じて充電した。 次の各問に答えよ。 (1) コンデンサーにたくわえられる電気量はいくらか。 (2) スイッチSを開いたのち, 極板の間隔を2倍にした。 このとき, 極板間の電位差はいくらか。 (3) (1) の状態で, スイッチSを閉じたまま極板の間隔を2倍にした。 このとき, コン デンサーにたくわえられる電気量はいくらか。 N 例題60 ヒント (2) スイッチSを開くと,極板の電気量は一定に保た 140V S 0.20μF

なぜ(2)のV2の電圧を求める計算で、3/9を掛けるのですか？C'の箇所の電圧が知りたいのになぜ分子がC1の値が入るのか分かりません。

図のように, C1=3.0μF, C2= 2.0μF, C3=4.0μF の コンデンサーを接続し, V = 30Vの電源につなぐ。 各 コンデンサーは, はじめ電荷をもっていなかったとし て,次の各問に答えよ。 X₁ 指針 XZ間の合成容量 は, XY間と YZ 間の直列接続と考 えて求める。 また, YZ間の並列部分 の合成容量を C' V=30V として, 回路は図のように改めることができ,直 列接続では,各コンデンサーに加わる電圧の比は, 電気容量の逆数の比に等しい。電 解説 (1) YZ間の合成容量 C' は, BOC' Y C₁ (1) XZ間のコンデンサーの合成容量を求めよ。 (2) YZ間の電圧を求めよ。 (3) C. C の各コンデンサーにたくわえられる電気量をそれぞれ求めよ。 - V₁ V₂- ² T ・Z X 3.0MF Ch ⑩0% 1/=/1/1 Y = C+C' C2 =30x 2.0MF 400F C3 2.0+4.0=6.0μF で, XZ間の合成容量Cは, 1 1 ・+ + C=2.0μF C C1 C' 3.0 6.0 VV BB Z (2) (2) XY 間,YZ間の各電圧 V1, V2 は電気容量 C, C' の逆数の比に等しい。 VICCI V2=VX. (3) (2)の結果から, V1 = V-V2=30-10= 20V C1, C2 のコンデンサーの電気量を Q1, Q2 とし Q=CV1=(3.0×10-) ×20=6.0×10-C Q2=C2V2=(2.0×10-) ×10=2.0×10-C OON V 30V (S 3.0 3.0 +6.0 Z =10V

Q1' Q2'の出し方を教えていただきたいです

問題 90 電気量保存の法則 ② 次の文中の空欄にあてはまる式を記せ。 図のように、電圧V[V] の電池 E1 と E2, 電 気容量 C〔F〕 のコンデンサー C1 と C2, および スイッチS と S2を接続する。 はじめ, スイ ニッチは開いた状態であり、コンデンサーは電 荷を蓄えていないものとして、次の操作 Ⅰ か らⅢを順に行う。 a2 S2 , b2 E1E2 C₁ Si bi 18 物理 C₂ 操作Ⅰ スイッチ S1 を a1, スイッチS2をa2 に順に接続した。 コンデンサー C] の右側の極板に蓄えられる電荷は, Q (1) 〔C〕である。 = 操作Ⅱ スイッチ Si を bi, スイッチ S2 をb2に順に接続した。 このとき、コ ンデンサーCの右側の極板および C2の左側の極板に蓄えられている電 荷をそれぞれ Q1 Q2 とすると,Q=Q1+Q2 である。 一方, キルヒホッ フの第二法則より、VをQ1. Q2, C で表すと, V= (2) 〔V〕である。 Q Q2をCVを用いて表すと, Q1 = (3) (C), Q2 (4) 〔C〕である。 操作Ⅲ スイッチ S1 を a1, スイッチS2をa2 に順に接続したあと, スイッチ S1 を b1, スイッチ S2をb2に順に接続した。 コンデンサー C」 の右側の極板 に蓄えられている電荷をC, Vを用いて表すと. (5) (C) であり、コン デンサーC2の左側の極板に蓄えられている電荷をC, V を用いて表すと, (6) 〔C〕である。 〈愛媛大〉

答えは選択肢3になります。 多分アルキメデスの原理によって解くと思うのですが、解き方がわかりません。途中式なども詳しく教えていただけると助かります。よろしくお願いします。

【No. 26】 密度1.2g/cm3の塩水の入った容器に, ある大きさの氷を浮かべると, 水面より上に見えて いる体積が10cm3であった。 氷の密度を0.9g/cm とすると, 氷全体の体積はいくらか。 2.30cm3 1.20cm3 3. 40cm3 5.60cm3 4.50cm 3 ds

(2)(3)を教えてください。 外力が正の仕事をする区間はなぜ静電気力による位置エネルギーが大きくなる区間なのか、電場が電荷qに正の仕事をする区間がなぜ静電気力による位置エネルギーが小さくなる区間なのか分かりません。

441.電場と仕事 図は, 正負等量の2つの点電 荷がつくる電場のようすを, 10V 間隔の等電位線 で表したものである。 点Dの電位を0Vとし, 電 荷g を 2.0Cの正の電気量をもつ点電荷とする。 次の各問に答えよ。 (1) 点Bにおける電荷g の静電気力による位置 エネルギーはいくらか。 O A OV D 8.0cm ○ B (2) 電荷gをA→B→C→Dの順にゆっくりと運ぶとき, 外力が正の仕事をする区間 はどれか。 また, その仕事は何Jか。 (3) 電場が電荷gに正の仕事をする区間はどれか。 また, その仕事は何Jか｡ (4) 点D付近は,一様な電場とみなせる。 電荷gを点Dに置いたとき, 電荷g にはたら く静電気力の大きさと向きを求めよ。 例題 57

コンデンサーの問題です！(ⅴ)はなんでε=2なのに4Cになり、それが3つあるのか、(ⅵ)はどういうことか分かりません。 どなたか詳しく教えてください！お願いします！

(4) 次のAB間の合成容量を求めよ。 (i) 6μF (ii) (iv) 3μF AHTB (v) (vi) A A Co Co Co 13 μF 7μF 12μF |18μF 11 介 B B B A B 20μF 金属 B 誘電体 &=2 &=3 厚さが極板間隔の 1/28の金属板をまん中に入れ (Cを用いよ) 厚さが極板間隔の 中に入れる。(Cを用いよ) & = 2の誘電体をまん " 極板間隔と同じ厚さで半分の面積, & = 3の 誘電体を入れる。 (C を用いよ)

(ⅲ),(ⅴ),(ⅶ)の電圧がなぜそのようになるのか分かりません。どなたか詳しく教えてください！

2 図のスイッチを閉じる。 以下をV, d, Cなどを用いて求めよ。 極板間は真空とす る。 V €3 d( (i) コンデンサーの電荷Q1 (ii) 極板間隔をdとして電場E このまま極板間隔を2dとする。 (Ⅲ) コンデンサーの電圧V2と電荷Q2 (iv) 電 E2 C この状態でスイッチを開く。 間隔をdに戻す。 (v) コンデンサーの電圧V と電荷Q3 (vi) 電場E3 極板間に比誘電率c = 3 の物質を入れる。 (vii) コンデンサーの電圧V (ii) 電場 E4