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Physics Senior High

赤の矢印の部分なのですが、「V0>0なので」と書かなくて良いのですか?

の円筒から離れるときの条件」 STEP 2)1間違えやすい問題を攻略しよう 例題日半径方向の運動方程式は?├ STEP えんとク 右図のように、 点Oを中心とする半径rの円筒を鉛直面で半分に切ったも のが、最下点Aで水平面となめらかにつながっている。水平面上にある質 O。 量mの小球を速さ voで水平にすべらせたところ, 小球は最高点Bまで円筒 m 内面に沿って運動し, 点Bから水平に空中へ飛び出した。小球と面との間 Do O→ 水平面 A の摩擦は無視できるものとし, 重力加速度の大きさをgとする。 (1) 小球がZAOP=0となる円筒内面の点Pを通過するときの速さを求めよ。 小球が(1)の点Pを通過するときに円筒内面から受ける垂直抗力の大きさを求めよ。 (3) 小球が点Bまで円筒内面から離れずに運動できるための の最小値を求めよ。 ココを間違う! 小球は円筒内面に沿って円運動をする。点Pで小球にはたらく力を円の半径方向と接線方向 に分解し,半径方向の運動方程式をつくる。その際, 円の中心へ向かう向きを正の向きとする (あるいは小球とともに運動する観測者から見て半径方向の力のつり合いの式をつくる)。 また,小球が面から離れない条件は 「面から受ける垂直抗力と 0」 である。 解答例 (1) 小球が点Pを通過するときの速さを»とすると, 水平面を重力によ る位置エネルギーの基準として, 力学的エネルギー保存の法則より 下図の高さ AHは AH=0A-OH =rーrcose =1-cos) 州=m大州gr(1-cos) 1 ーmvo? 2 -mv?+mgr(1-cos0) 2 r (答) よって、ひ=Voo-2gr(1-cos) (2) 小球が点Pを通過するときに円筒内面から受ける垂直抗力の大きさ をNとして,OP 方向の運動方程式をつくるとココ H A 2小球にはたらく力の半 径方向の成分だけで運 動方程式をつくる。 円 の中心向きを正の向き ,2 m- r =N-mgcos0 よって,N=m- -+mg cos0 r この式に(1)の結果の式を代入して とする。 vo°-2gr(1-cos0) N= m +mg cos @ ス r v0° r PO (mgcosé +mg(3cos0-2) …(答) (3) 0=180° とした点が点Bであるから,0=180° として(2) で求めた垂 直抗力の大きさが0 ココとなるときのあを求めればよい。 = m- r A mg 小球が点Bで面から受 ける垂直抗力が0以上 であれば、小球は点B にたどりつける。 20? 十mg(3cos 180°--2) 0= m r 2 Vo° 0= m- +mg(-3-2) よって, v0=V5gr . (答) r 面から離れるときの垂直抗力は

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Physics Senior High

(2)ってこの方法じゃ解けないんですか?値がぜんぜん違うのですが…

例題 19 保存カ以外の力が仕事をする場合 図のように,傾きの角30°のあらい斜面 上を,質量4.0kgの物体が静かにすべり だした。斜面にそって距離0.50m だけ すべったとき、物体の速さは2.0m/s で あったとする。重力加速度の大きさを 9.8m/s° とする。 (1)この間に動摩擦力がした仕事 W[J] を求めよ。 (2) 物体にはたらく動摩擦力の大きさF[N]を求めよ。 0.50m 2.0m/s あらい斜面 . 30° A図O 解移動後の高さを重力による位置エネル ギーの基準水平面とすると,移動前の高 さは 0.50m × sin 30° = 0.25m となる。 重力による 運動 エネルギー|位置エネルギー 1 前 m × 0° mg × 0.25 よって,移動前後での物体の力学的エネ | 2 回ルギーは表のようになる。 後。 1 m × 2.0° 2 mg × 0 (1)力学的エネルギーの変化が動摩擦力 のした仕事に等しいので ※ m=4.0kg, g=9.8m/s° (1 m × 2.0° + mg × 0 2 )-(m× 0° + mg × 0.25) = W 2 1 m× 2.0° - mg × 0.25 = 8.0 - 9.8 =-1.8J W ニ 2 実の台 注)動摩擦力は物体の運動の向きと逆向きにはたらく。よって、動摩擦 力のする仕事は負である。 で回(2)「W= Fxcos0」(> p.79(66)式)より _18=F×0.50 × cos 180、==0.50F' よって F'= 3.6N 注)物体と斜面との間の動摩擦係数をμ'とすると, 物体にはたらく垂 直抗力の大きさは N=mgcos 30° であるから,「F' = μ'N」より F F' = 0.11 と求められる。コ ニ ニ N mg cos 30° 類題 19 図のように,あらい水平な床上 白々

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Physics Senior High

94の(7)ですが、うなりだけでなく、経路差による波の干渉は考えなくて良いのですか?

スのとが預で 光線の 75 時間 3 Sから出た光の振動数を了, Hから遠ざかる M, に届く光の振動数をと 変位 おくと,「ロ=A」とドップラー効果の式より (図b) ア-- (6 M から反射される光の振動数を f"とおくと、 図cと(5)の結果より 2月.dcosr= COSアーT-sin'r=,/1-/sini)=n-sin'i これを(6の結果に代入すると 2md-sin (8) 入射角i=0° のときに干渉光が明るくなるので,(7)の結果より 2dm-sin'o"=2md (m+ "'Si<90° の範囲で, iを大きくすると光路差2d\n-sin'i は小さくな るので、i=i のときに干渉光が明るくなる条件は 24/m-sini-(m-- 速度 (7)「sin'0+cos'0=1」の関係と(⑥式よょり C-u .c-u_c-u, c+ 入 No ni /m+ よって 2d/n"-sin'i-(m+)a /"=D£ c+u Mが普調者 7 M から届く" の光と, Maから届く子の光が干渉して、黄の場合のうなり 質量 図b カ ……の n当する現象が起きたと考えられるので, うなりの 重力ー 垂直林 20 C+p Tア-| C+u a 2 c 弾 よって,求める周間は M,が“光高 82 05 (スリットによる光の回折) 動摩 ただし、の式より i=0, m=0 では光路差は今となり, iを大きく」ナ。 スリット周隔の最大公約数を考えてみる。 静止 1(4)2離れた波源からの光の弱めあいと、2離れた波添からの光の弱めあいを考える。 1図aより,2つのスリットからPに達する光の光路差は wsin0 である。 慣性 光ま ときに次の極大点をとりえないので,mèl となる。 (2 度 折理 の,6式より 2dVn?-sin'i 2nd m-7 て変 6で初めて弱めあう条件より wsin0,=ー のでは1次の強めあいであるから フモー m+ O1 g2) て よって sin0,= 20 2m-1 Vn"-sin'i (ただし、m=1, 2, 3, …) よって 2m+1 sin0 (整理すると(2m+1)'sin'i,=8mn,") よって sin= た wsinの=0+1×A 03) 薄 12) 2つのスリット間隔は, 30d, 45d, 60d,-75d, 90d, 120d, 135d, 180dの 組合せが考えられる。これらの最大公約数は15d となるから。 15d-sin6,=0+1×iの関係が成りたつとき,それぞれのスリットからの半 図。 中奈A 30dsin8,=2入 45dsin6=32 などとなり、すべてのスリッ トからの先が強めあう。 中※B(参考) N==1 (国9) 暗。 94(マイケルソン千渉計) い A4) (3 (4 え よって sin,= 「15d (3)絶対屈折率nの媒質中では, 波長は一倍になり,光にとっての距離である光学距離はn倍になる。 (6) M.はドップラー効果によって光源が発した振動数とは異なる振動数/'の光を受け取り, その/の光を反射する Mは動いているので, さらにドップラー効果が生じて, D にはS'とは異なる振動数" の光が届くことになる がすべて強めあう#A←。 n 一度 薄膜 次に して入! 射するう ラス板の 3 N=2 (図 10)の場合, 一離れた波源(例えば、 (5 2 の場合 = と考えて、弱 QとQ, Qa とQ)からの光が弱めあう条件は 入※B- 「D (1) ある点と1波長分離れた点の位相差は 2xであるので, 距離 /離れた地点で めあう条件は sing=-- 22 の位相差は 2元ー よって sin0,=ー sin0 DD'D'D一 44 4 (2) 2つの光線の経路差は 2L,-2L2 であるので, これが①式の!にあたる。 離れた波源(例えば, Qi と Qa, Qaと Q)か トD。 5) 中華C 弱めあう条件は x 2(Li-L)_4x(L-L) え の千渉を であると X5) 薄膜の よって 2x×- らの光が弱めあう条件は 図b dsin0=なので、 dが大 きいほうがsin@が小さく。 ゆえに0も小さな値となる。 ※A 別解 ガラス中におい (3) 厚さdのガラスを透過するときの光学距離は nd なので, ガラス内の往復 で生じる光路差は2nd-2dとなる。これが①式の!にあたる。 22※C= D て,波長は4になるので sin 0= よって sin0;=- よって 2x×2nd-2d_4xd(n-1) ※A← (図a),位相差の変化量は 4 N=1 のとき, 離れた波源の組合せで初めの弱めあいとなり, N=2 の D 中※D 2d 2ォー -21 ときも N=1 の場合のように, (4) M. と Ma が静止していたとき2つの光線はDで同位相であったことから, m(m=1, 2, 3, …) を用いて, ②式より 4z(L-L)。 Q.Q Q.9 離れた波源の組合せで初めの弱めあいと なった。一般に,スリットを2N(Nは大)等分した場合,N=1 の場合のよ n 4元d(n-1) =2xXm うに、号離れた波源原の組合せで初めの弱めあいとなるから#D* D 図のように、号離れた点. A6 一方、M,をだけHに近づけたとき, 2つの光線が初めて逆位相になった とすると, M,とHの間の距離は Lー41になっているので 4z(L-I-L)_4x(L:-La)_4x4 Qで光が弱めあうとすれば、 少し隣にずれたQ、で も同様に光が弱めあう。つま え よって sin,= D また、N=2 の場合のように, =2x×m-π 離れた波源の組合せで, 次の弱めあいとな| スリット内の号度れた点 るから sina- からの素元波どうしがすべて 弱めあう。 波長 入 以上2式より , 4元A ニ=x よって 4l=4 2入 よって sins== 図』 D 102 物理重要問題集 物理重要問題集 103 (5)新

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Physics Senior High

(2)はどうして、4分のλ×5なんですか? 教えて下さい🙇‍♂️

閉管の固有振動 (p. 101) 類題 気柱共鳴管の管口ロ近くで, スピーカーから振動数950Hz の音を出して実験をした。管口から水 面を徐々に下げていくと, 管口から水面までの距離が9.0cm と 27.0 cm のときに共鳴した。 (1) 音波の波長入, [m], 音速» [m/s] を求めよ。 (2) 管口から水面までの距離を 27.0cmで固定し, スピーカーから出る音の振動数を 徐々に高くしていくと, 一度音が小さくなり,再度共鳴した。このときのスピーカ ーから出る音の波長a [m] と振動数 f2[Hz] を求めよ。 43 リード文check 解答 (1) 」= 0.360m, v=342m/s 9.0 cm, 27.0cm が節となる定常波ができる (2) = 0.216 m, fa=1.58×10° Hz Process プロセス 1 管口が腹, 水面が節となる定常波をかく 閉管の固有振動の基本プロセス プロセス 0 11 プロセス 2 節と節の間の距離が一波長 (腹と節の間の距離が一波長)である 2 19.0cm] 4 27.0 cm ことを用いて,波長を求める O 2 プロセス 3 「ひ3 fA」, 「f=ー」を用いて, 必要な物理量を求める oは腹,は節 解説 moa プロセス 1 管口が腹, 水面が節となる定常波をか プロセス3 「ひ3D A」,「f==」を用いて, 必要 な物理量を求める 19.0cm 振動数f= 950Hz なので, 「ひ=fA」より |27.0 cm 入」 リ= f」 o 2 = 950×0.360 = 342 [m/s) ひ=342m/s (2)D2(1)の結果から, この 気柱共鳴管では開口端補正 がないことがわかる。よっ て、右図より プロセス 2 節と節の間の距離が波長であるこ 44 とを用いて,波長を求める 節から節までの距離 () |27.0cm は 4×5=0.270 =0,270-0.090 2 A=0.216 [m] = 0.180 [m] よって, 波長入,は 入,=0.180×2 3 「=SA」より 342 カーー 0.216 = 0.360 (m] 入=0.360m = 1583.3…… =1.58×10°[Hz] 留入= 0.216m, fa=1.58×10°Hz

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