物理　光学　の範囲です。問題の答えは出るのですが、「右ページ下のはてなマークが書いてある、t0が最小到達時間であるから時間差は0でよい」の意味が理解できません。 うまく言い表せなくて申し訳ないのですが、教えてくださったら幸いです🙇‍♀️🙇‍♀️

***Exercise 図 を0, 上での光の屈折を考える. 点P (-1, y) から出た光は,原点Oで屈折し、点Q から 波に 制限時間20分 図のように、屈折率 n, の媒質I と屈折率 n2 の媒質Ⅱの境界上に軸をとり フェルマーの原理によるスネルの法則の導出 第1講 ② 2つの原理 PO' O'Q t= + C C 1 + 4x)² + 11 ² + 12 √(x² - 40)² + 1 2- y²² } n₁ 72 に達するとし, 線分OPとy軸のなす角を 01, 線分OQとy軸のなす角を62といて, 4æl, m1, 1, 2, y2に比べて極めて小さい値とし, tの近似値を求める . 2,y2 は正の定数であり, 0000290°である. 4ælを PO′= √(x + 4x)² + y² = √x₁² + y₁² + 2x₁ 4x + (Ax)² 2,y2に比べて極めて小さい値とし, 点O' (4x, 0) を定めれば, 光が点から小項の2乗 (4) は他の項に比べて極めて小さいので無視できる. Qに達する時間 t と, 光が点P から点0を経て点 Qに達する時間もと △t=t-toは0と見なせる. y Y1 Ax O' X2 → O PO√x²+y+2x4x = √x²+ y² ewton の1次近似より、 PO'≒2+y^ 1 + 1 2x4x 2m²+y/2 2x Ax x² + y² つくる (+) αの大きさが1に比べて 極めて小さい場合 (1+α) ≒ 1 + αβ 1 媒質 I x+y/i + AC √x₁² + y₁² Newton の1次近似 Qも同様に近似すれば, T2 媒質Ⅱ 'Q=(2-z)^2+y22≒ x2+222 Ax V2 ここで、 4t=t-to π2 -Y2 x1 ++ 4c+n2 Vπ22+y2 122+y24 (1) このことから、光の屈折におけるスネルの法則, n, sinQ=nsin2 を導け. (√x²+ y²+√x²+ y²) (2) π2 1 Ac Exercise Ans. At = m 2 2+yi + 光が点Pから点Oを経て点Qに達する時間to を求める. 三平方の定理より、 PO= = √√x₁ ² + y² ², OQ = √x²² + y²² が最小到達時間であるから, わずかに屈折点の位置をずらしても到達時間はさして変 わらないゆえに, 時間差4tは微小変位の値に依らず0でよい. 上式より, 真空中の光速度をcとすれば,媒質Iでの光速度は,媒質Ⅱでの光速度は一 21 2 =n2 112 2+ y VIz2+y2 て, ここで、入射角と屈折角の定義から, T2 PO OQ C C to = + = ± ± (m₁ √x² + y² + n₂ √x² + y² 1 2 sin 6 = sin02= n n2 同様に,光が点Pから点0′を経て点Qに達する時間tは, 以上より, スネルの法則 n, sin ₁ = n₂ sinė₂ が導かれた. 58 50 59

コンデンサーについての質問で、Dは比誘電率2の誘導体です。一番下の式のところから、比誘電率というのは、誘導体の電場が空気中の電場と比べてどのくらい電場を通さないかという風に覚えても大丈夫ですか？

M をD に置き替えても電気量 Q′が不 A +Q' 変なので, 空気部分の電場E2は変わらな E2 D い。 ただし, 誘電分極が起こり (図h), D内 Eale の電場は E2 E2 Vo E₁ = = 6d Er 2 E2 B -Q' 図 h

浮力について、このvは水に浸かっている物体の体積と捉えて良いのでしょうか？

水中の物体が受ける浮力の大きさ FIN」は次の式で表される。 浮力 F = pVg 浮力 F (59) 水 (密度) 体積V F〔N〕 浮力の大きさ 体積V [kg/m³] 水 (流体)の密度 V[m²) g [m/s2] 物体が排除した水 (流体)の体積 (volume) 重力加速度 (gravitational acceleration) の大きさ 物体が排除した 水の重さ PVg 大気圧po 浮力の大きさは物体自身の密度とは 無関係であることに注意。 圧力 pot phig h₁ 水 h2 ↓F (密度p) h F2 (h=h₂-h₁) — 底面積 S 図68 浮力の式の説明 図のような、水中にある 体を考える。物体の側面が水から受ける力はつり ている。物体の上面が受ける力の大きさ F,[N]と が受ける力の大きさ F2 [N] の差が浮力 F〔N〕となる F=F2-F =(po+phzg)S-(po+phig)S 体積V=Sh 圧力 pophag = = phgS= pVg Op.88 p′'=potphg

4番の解説の意味がいまいちよくわからなくて、V=Edを用いるというのはわかるんですけど，Δrについてよくわからないので教えて欲しいです｡ （私の考え） Δrをゼロに近くしたとしても，円盤の中心から端までの距離差はaでないか？

134 電磁気 42 電磁誘導 半径 ②の円板と細い回転軸は共に 導体でできていて,これを一定の角 速度で回転させる。回転軸と円板 の縁に導線を接触させ,スイッチS を通して抵抗をつなぐ。 円板には一 様な磁束密度Bの磁場 (磁界) が垂 直上向きにかかっている。 Sは初め 開かれ、回路の抵抗値をRとする。 R B (1) 円板と共に回転する自由電子はローレンツ力を受ける。電子はど ちら向きに移動しようとするか。 (2)円板の中心と縁には正負どちらの電荷が現れるか。 また, それに よって生じる電場 (電界) の向きはどうなるか。 (3) ローレンツ力による電子の移動は,発生した電場から受ける静電 気力とつり合うまで続く。 電場の強さEを, 中心からの距離rの関 数として表せ。 また, 横軸にrを縦軸にEをとってグラフに描け。 (4) 円板の中心と縁の間の電位差V を求めよ。 (5)Sを閉じたとき回路に流れる電流Iはいくらか。 また, 円板を回 転させている外力の仕事率Pはいくらか。 (防衛大+名古屋大) Level (1) ★★ (2) ★ Base ローレンツカ (3)~(5)★ BA 荷電粒子が磁場中で動 Point & Hint くと力を受ける。 磁場中を動く導体棒に生じる 誘導起電力 V= vBl の導出 (エッセンス (下) p102) と同類 の問題。誘導起電力が生じる原 因は自由電子に働くローレンツ 力にある 9 BA V q f f = quB ひとの向きが直角 でない場合は、どちら かの垂直成分を用いる。 子はひと豆がつくる 平面に垂直となる。

最後の（ト）の問題がわかりません 教えてください！🙇‍♂️

問題 . 以下の設問の解答のみを所定の解答欄に記入せよ。 (A) 図1のように,水平な床上に振動数の音を発する音源1と音源2が置かれ ている。 床に沿って水平右向きに軸をとる。 音源は静止しており,音源2 はx軸正の方向に速さんで動いている。一方, 音源1と音源2の間にいる軸 上の観測者は、軸正の方向に速さで動いている。 音速をV とし,風はなく, V6 > a であるとする。 音源1 図 1 音源2 M →C 芝浦工業大 問題 1 されており、ヒーターの体積と熱容量は無視できる。 また、シリンダー内の熱が ヒーターを通して外部に漏れることはない。 気体定数をRとする。 ヒーター AB L 図2 M 冷却器 (イ)観測者が観測した音源2からの音の振動数を求めよ。 (ロ)観測者は動き続けたまま, 音源2は点Aに到達すると停止し,十分に時間が 経過した。 その後観測者が点Aに到達するまでの間に観測する単位時間あたり のうなりの回数を求めよ。 なお、 観測者と点Aの距離は十分に長く、観測中に 観測者が点Aに到達することはないものとする。 にあるとき、以下の (B) 図2のように、断面積 S, 全長 L のシリンダーの片側の壁にヒーターが取り 付けられており,他方の壁の中央には冷却器が壁と隙間を開けることなく取り付 けられ、壁となめらかに接続されている。 そして、シリンダーの中には両端の壁 の間をなめらかに動く質量 M, 厚さ 1/3のピストンがシリンダーと隙間を開け ることなく取り付けられており,シリンダー内部はピストンによって2つの空間 に分かれている。2つの空間それぞれに物質量1molの単原子分子の理想気体を 密封し,ピストンのA側をヒーターのある壁からの位置で静止させたとこ ろ,2つの空間の気体の圧力と温度は同一であった。このときの温度をTとす る。ヒーターに電流を流したところ、ピストンはゆっくりとなめらかに動き出し た。ピストンB側の空間の気体は冷却器によって温度がTに保たれている。そ して、ヒーターによる加熱をやめたところピストンは停止し, ヒーターのある壁 からピストンのA側までの距離はLであった。ピストンとシリンダーは断熱 (ハ) ヒーターに電流を流す前と, 加熱をやめてピストンが停止した後で, ピスト ンのA側の空間の気体の内部エネルギーの増加を求めよ。 (二)ヒーターから気体に与えられた熱量をQとしたとき,ピストンが動き始め てから止まるまでに冷却器が気体から奪った熱量を求めよ。 J 大 次に、冷却器を外してストッパーを設置し, シリンダーからピストンが抜けな いようにした。 そしてゆっくりとシリンダーの向きを変え、図3のようにシリン ダーの中心軸を鉛直線と平行にする。 ピストンはゆっくりとなめらかに動き, ピ ストンのA側はシリンダーの上底からLの位置で静止した。このときのピス トンのA側の気体の温度は T。 であった。 この状態を状態I とする。 T

青の波線部分がなぜこうなるか、わかりません。この式にするまでの過程を教えてください。

L9N×10m- 10 mm 0.0 122 (1) 1/21mg(t-on) (1) (1/2m(uno-gt) (J]) (2)ア 解説 817 S (1) 鉛直投げ上げ運動において, 速度 [m/s] と時刻t[s] の関係は,v=vo-gt (鉛直上向きを正) よって, K=1/12m2=123m (to-gt) 2 面に -m =12m(gt-v)=1/21mg(t-1) [J] 2 (2) (1)の結果から, Kとtの関係を表すグラフは, Vo err t= 〔s], K=0Jを頂点とする, 下に凸の放物線で g ある。

電磁気の問題 （１）を三枚目の画像のように考えて解いていったのですが、（2）で（１）での考え方が間違っていることに気づきました。 どこが間違っているのかわかりません。教えてください

HE 120 内部抵抗が無視できる起電力Vの電 池E. 抵抗値がそれぞれR, 2R 3R で ある抵抗 R, R2, Re, 電気容量がそれぞ れC. 3Cであるコンデンサー Ci, C2 お よびスイッチSよりなる回路がある。 は じめスイッチSは開いた状態であり、コン R R3 5 C₁ R2 E C2 デンサー C, C2には電荷は蓄えられていない。

質問は写真三枚目にあります 解説よろしくお願いします🙇‍♂️

〔IV〕 以下の問いに答えよ。 なお、重力加速度の大きさをgとする。の復帰を表す 図4-1に示すように、なめらかで水平な床面上の点0から水平方向より角 (45°上向きに,質量mの小球を速さで投げた。 小球は,床面上の点Aの位置 に垂直に固定したなめらかな壁面に, 点Bで垂直に衝突し, はね返って落下し た。小球は点Cで床面に衝突してはね返った後,点Dで最高点に達し,点Eで 再び床面に衝突した。ここで点Cは線分OAを3:2に内分する点であった。 (イ) 小球が壁面に衝突する直前の速さを, を用いて表せ。 (ロ) OA間の距離を, g, v を用いて表せ。 (ハ)点Bの床面からの高さを, g, v を用いて表せ。 (二) 小球と壁面との間の反発係数はいくらか。 (ホ) 小球と床面との間の反発係数をeとして, 小球が点Cで床面に衝突した後, 点Eで再び衝突するまでの時間を, g, ve を用いて表せ。 つぎに図4-2に示すように, 壁面を床面上の点Aから点Fの位置に移して 垂直に固定し,再び点 0から水平方向より角45° 上向きに,質量mの小球を速 THER さぁで投げた。 小球は、なめらかな壁面に点Gで衝突し, はね返って落下した。 小球は点Hで床面に衝突してはね返った後, 点Iで最高点に達し,点で再び床 面に衝突した。OH 間の距離は,OA間の距離の2倍であった。 状態4→5の 2の使用で体と外 D 45° ► OE 45° 0 (へ) 図4-1で小球が点 0 から点Cに達するのに要した時間を T, 図 4 - 2 で 小球が点から点Hに達するのに要した時間を T, とする。 T2は,T」の何倍 となるか。 大 (ト) OF 間の距離は, OA間の距離の何倍となるか。 (チ)点Ⅰの床面からの高さは,点Dの床面からの高さの何倍となるか。 B 図 4-1 A 図 S A A J da H A (1)

1番最後の問題文についてです。 「電源電圧の値を0にする」というのは「極板間の電位差を0にする」という認識であっていますか？

9. ばねにつながれたコンデンサー [ 福島大] 図1に示すように, 半径0.10mの金属円板 B を水 平に固定し, その真上にBと同じ金属円板 A を導体 でできた軽いばねと接続して水平に固定した。 このと きばねは自然の長さで,円板間距離は7.0×10-3m であった。Sはスイッチ, Eは直流電源である。金属 円板間の空気の誘電率を lllllll ばね 1 F/mとし,重 金属 円板 4 x 9.0×10 7.0×10-3m 力はないものとして,次の問い[A]~[C] に答えよ。 [A] 円板を固定したままスイッチSを閉じ,電源電 圧の値を2.52 × 103V まで徐々に大きくして,その 後,スイッチを開いた。次の値を求めよ (1) 金属円板 AB間の電気容量 (2) 円板Aに蓄えられる電気量 (3) 円板間に蓄えられる静電エネルギー スイッチひらいている。 [B][A]の状態において,円板間には引力がはたらい ている。いま, 円板 A の固定を解いて、この引力 につりあう力で支えながら円板AをBにゆっくり と近づけていったところ、 図2に示すように円板間 距離が 6.0 × 10-3mになったとき, 引力とばねの力 がつりあった。 円板Aを動かしている間の円板間の 引力が一定であるとして,次の値を求めよ。 (1) 失われた静電エネルギーの大きさ (2)引力が円板にした仕事と失った静電エネルギー の大きさが等しいとして求められる円板間の引力 うう (3) ばねのばね定数 図1 Qは保存される。 B S E 12.82×10 す S 2 E A 6.0×10-3m B 図2 SER RCD= QCDのD20 le [B] の状態から、蓄えられた電荷を放電し、電源電圧の値を0とした。円板 A が静 止した後、電源電圧の値を徐々に大きくしたところ円板AとBの間隔が 5.0×10-m になった。このとき電源電圧の値を求めよ。 ばねのびている 極板の商20 引 Aは上に戻る

運動量保存、力学的エネルギーの保存に関する問題です。 (3)の質問です。 なぜmv は最高点から戻ってくるのに負とならないのですか？

発展例題14 運動量の保存と力学的エネルギーの保存 図のように, なめらかな床の上に, 水平面と曲面 P をもつ質量 M の台を置く。 この台の水平面上から, 質量mの小球を水平右向きに速さですべらせた ところ, 小球は曲面を点Pまで上がり、 その後,曲 〇 面をすべり降りてきた。 小球と台の間に摩擦はなく, 重力加速度の大きさをg とする高さ J m Vo M (1) 小球が点Pに達したときの台の速さはいくらか。 (2) 台の水平面から点Pまでの高さはいくらか。 (3) やがて小球は台の水平面上に戻る。このときの,床に対する小球と台の速度を それぞれ求めよ。 ただし, 水平右向きを正とする。 考え方 小球と台について, 直線上で 上で、右向きに 水平方向には外力がはたらかない ともに摩擦力がはたらかない 介介 運動量の水平成分の和が保存される 力学的エネルギーの和が保存される