途中式が全く分からなくて....解説お願いします！ 特に最後の⑩と⑪がよく分かりません

本書の以後の問題では、 特に断らないかぎり, 重力加速 |度の大きさをg=9.8[m/s] とする。 | 本書の以後の問題では,特に断らないかぎり, 空気抵抗は無視できるものとする。 217 ヤングの実験 ヤングの実験に関する次の文章中の空欄 に適当な式を入れよ。 スリット St, S2 から波長の光が出てスクリーン上に明暗の 縞ができた。 点Pでは明線, 点Qでは暗線が確認されたとき, m=0, 1, 2, |S,P-S2P|= |SQ-S2Q|= として, の関係が成り立つ。 スリットとスクリーンの距離Lがスリット間隔dに比べて非常に大きいとき (L≫d), SP とSPは平行とみなせるので, 図の角0とdを用いると |S,P-S2P|=|| また、実際の角0は非常に小さいので、点Pの位置をxとすれば, sin0≒tan0= となり, 経路差|SP-SP|はL, d, x を用いて, |S,P-S2P| = (6 となる。 ① と ⑤の結果より, 隣り合う明線の間隔 4. は, 4x= と書ける。この4x を測 定することにより, 未知の光の波長を計算することができる。 d = 0.50[mm], L=1.0[m], 4.x=1.0[mm] で ある光の波長は、入 = [[m] である。 もうひとつの方法で経路差を考えてみよう。 上の図で三平方の定理を用いると, |S,P|=® |S2P|=|| である。 これより,|S,P-SP|=① となる。 ここで,d, rはLに比べて十分小さいことから, h≪1のとき (1+h)"≒1+nh となる近似を用いて, |S,P-S2P|=| となり, (10) ⑤と同様の結果が得られる。 I 02

物理 (2)(ウ)についてです。 なぜ電場からの静電気力はｰeEではなくeEなのでしょうか。

6 オームの法則と抵抗率■ 次の文中の せよ。 断面積 S[m²],長さl [m] の金属導体中の自由電子の運動モデルより,導体の電気抵 抗について考えよう。 電子が金属中を一定の速さ [m/s] で動き,電流I [A] が流れているとする。この 金属の単位体積中の自由電子の数をn [1/m²〕,電子の電気量を -e [C]として、電 流I[A] を表すと, I ア となる。 イ〔V/m]の電場が生じる。 (2)金属の両端に電圧 V [V]を加えると,金属導体内部にレイ [V/m] の電場が生じる。 金属内の自由電子はこの電場から力を受けながら移動するが, 熱振動している金属 の陽イオンと衝突してその運動を妨げられる。 つまり, 陽イオンは電子の流れに 抗力を及ぼす。この抵抗力の大きさは電子の流れの速さに比例すると仮定し、 [N] で表す (k は比例定数)。 電子は電場から受ける力と抵抗力がつりあって等速 線運動しているとすると,vであり、(ア),(ウ)よりI=土が得られる。 (3)(2)で得られた電流I[A]と電圧 V [V]の関係式より,金属の電気抵抗 R [Ω] および 抵抗率p[Ω･m] は,それぞれ R=オおよびρ=カで表される。 は,それぞれR=オ (4) 金属の温度 T [°C] における抵抗率 [m] は, 0℃における抵抗率を po [Ω・m]. 温度係数をα[1/K] とすると,=ox(キで表される。 考察した金属導体に電圧 V [V] を加えて電流I [A] が流れるとき, t[s] 間 に発生するジュール熱はク [J] で与えられる。 これは, 自由電子の運動モデル より説明できる。すなわち, 導体中の1個の自由電子には負極側から正極側へ静電 気力 がはたらき, t[s]間でその力の向きにコ [m]だけ移動するの [N] で,この電子は(ケ)×(コ)の大きさの仕事をされる。 導体中の自由電子の総数は サだから,ジュール熱 Q [J] は全自由電子がされる仕事の大きさとして Q=(ケ)×(コ)×(サ)となり, t[s] 間に発生するジュール熱ク [J]に等しい。

物理 (2)(a)についてです。 なぜVAを求める際にR3とI1をかけるのでしょうか。R1とI1をかけてはいけないのですか？

基本例題 52 ホイートストンブリッジ 254,255 解説動画 図のように抵抗を組み合わせたブリッジ回路がある。抵抗値 R1, R2, R3 はそれぞれ2kΩ 4kΩ, 4kΩ である。Gは検流計. Sはスイッチ, Rx は可変抵抗器の抵抗値である。 電池の起電 力は3V で, 内部抵抗は無視する。 (1)Sを閉じたとき,Gの針が振れないように Rx を調節した。 この抵抗値 Rx [kΩ] を求めよ。 (2)Sを開いたままにしたとき,次の(a), (b) の値を求めよ。 ロメロ A R1 R3 S C R2 TRX B (a) Rx の値を2kΩとしたときの点Bに対する点Aの電位 V[V] (b) 可変抵抗器の抵抗が断線したときの点Bに対する点Aの電位 V'[V] 3V HI

この問題がどうして4番じゃないのか教えてください。2番が答えです。

第3問 次の文章を読み, 後の問い (問1~4)に答えよ。(配点 24 ) 水平な天板をもつ机の上に置いたスタンドを用いて, ばねばかりと十分に細い円 筒形のガラス管をそれぞれ鉛直に固定する。 ばねばかりの下端に軽い糸の一端を取 り付け糸をガラス管の中に通し、糸の他端に質量の小球を取り付けて糸を鉛 直に保ったところ, 糸はガラス管に接触せず,糸はガラス管の中心軸に一致して鉛 直となった。この装置を用いて小球の運動に関する実験を行う。 小球に水平方向の 初速度を与えたところ, 小球の運動は同一水平面内における等速円運動となった。 この状態を状態Aとして図1に示す。 図1の円形の破線は小球の軌跡を表す。 小 球の等速円運動の中心を点0, ガラス管の下端を点P とすると, ガラス管は十分 に細く、状態Aにおけるガラス管内の糸は鉛直であり, 点と点P は同一鉛直線 上にあると考えることができる。 ガラス管の下端は丸みを帯びておりなめらかで, ガラス管の下端と糸の間の摩擦, ガラス管の内側と糸の間の摩擦はいずれも無視で きるものとする。 また, 小球はつねに机の天板より下方にあり, 小球の大きさ, 糸 の質量および空気抵抗の影響は無視できるものとする。 問1 状態 A における小球について、 鉛直な線分PO, 小球の軌跡 点0と小球 を結ぶ線分をいずれも破線で表し, 小球が回転する向きを一点鎖線の矢印で表 長さが力の大きさを正しく表しているとは限らない。 すとき, 静止している観測者から見た小球に作用する力を実線の矢印で表した 図として最も適当なものを、次の①~⑤のうちから一つ選べ。 ただし、矢印の 15 ① 0 糸 糸 0. 回転する向き 回転する向き 回転する向き ④ ばねばかり スタンド 糸 机 「ガラス管 図 P 糸 小球 0⚫ m 1 0. 回転する向き 回転する向き

ここの問題がわからないです。 特に作図のところがよくわかりません。解説お願いします。

この一端を取りつけ、傾きの角が0のなめらかな斜面上に TO 置いた。次に、それぞれのばねの他端 A, B を,AB間 この長さが2となるように斜面に固定した。 小球が静止しているとき, AP間の長さ 43 はいくらか。 重力加速度の大きさをgとし,Pの大きさは無視できるとする。 板の上にいる人の力のつりあい 図のように、 軽くてなめ らかな定滑車に軽い綱を通し, その一端に軽いロープにつながれ た重さ100Nの板をつり下げる。 重さ 600Nの人がこの板に乗 り、綱の他端を引いた。 有効数字は考えなくてよい。 (1) 人が綱を引く力の大きさが200N のとき, 板は地面から離 れなかった。 このとき, 人が板から受ける力の大きさはいくら か。 また, 板が地面から受ける力の大きさはいくらか。 (2)人が綱を引く力を徐々に大きくしていったところ、 引く力の 大きさがある値をこえると, 板は地面から離れた。 その値はいくらか。 3 4 44 連結したばねのばね定数 図のように、天井に固定したばね定数 の軽いばねにばね定数k の軽いばね2を直列につなぎ、 その下端 に質量mの小物体をつり下げる。 重力加速度の大きさを」 とする。 (1)ばれとばわりのそれぞれの他がいくか 綱 ばね 人 (600N) 板 (100 N) 20000000 k₁

(1)は問題文だと圧力を保っているので定圧のはずですが、なぜ定積モル比熱を使っているのでしょうか？また、熱力学第1法則が使えないのは何故ですか？第1法則が使える条件を教えてください。

3 [定圧変化] JOHTO 定積モル比熱 Cy〔J/ (mol・K)] 定圧モル比熱 C, [J/ (mol・K)] の理想気体n [mol] がある。 最初、理想気体は圧力 Po〔Pa], 体積 Vo [m], 温度 To [K]であった。 この理想気体に, 圧力をP に保ちながら熱をゆっくりと加えていったところ、体積がV[m], 温度がT [K]になった。気体定数を R[J/ (mol・K)〕として,以下の問いに答えよ。 X 気体の内部エネルギーの増加量を, Cun, To Tを用いて上 定圧(?)定積じゃない 定積じゃない人 (2) 気体に加えられた熱量を,Cp, n, To, T を用いて表せ。 Ⅰ れたと (3) 気体のした仕事を,n, To, T, R を用いて表せ。 2内部エネル ツンソダ 2010) (4) Cy と C, の間に成り立つ関係式を求めよ。 ヒント (4) 熱力学第1法則に(1)~(3)の結果を用いればよい。 内

物理基礎です。 (2)の問題で、回答はVa=6ですが、どうしてVa=3,5にならないのですか？岸から見た時の速度に統一するためですか？ よろしくお願いします

① 基本例題2. 速度の合成と相対速度 を 流れの速さ2.5m/sの川がある。 次の各問に答えよ。 (1) 静水に対する速さ3.5m/sのボートAが,船首を下流 に向けて川を進むとき, 岸から見たAの速度を求めよ。 (2) ボートAからボートBを見ると,上流に4.5m/s の速 度で進んでいるように見えた。 岸から見たBの速度を求 めよ。 指針 合成速度, 相対速度を求めるには, それぞれの速度をベクトルで図示する。 (1) 速度の合成の式, 「v=v+v2」 を用いる。 (2) 問題文は,Aに対するBの相対速度が, 下流 から上流の向きに 4.5m/s であることを意味す ある。相対速度の式, 「VABU-V」 を用いる。 ■解説 (1) 上流から下流の向きを正として, 岸から見たAの速度を vA [m/s], 静水の場合の Aの速度を [v] [m/s], 流れの速度を v2 [m/s] と すると, v = 3.5m/s, v2=2.5m/sであり, 各速 度の関係は図のようになる。 UA = v1+v2=3.5+2.5=6.0m/s ◆基本問題 11, 13 3.5m/s B 上流 下流 (2) 上流から下流の向きを正として,岸から見 Bの速度を up [m/s], Aから見たBの速度を VAB [m/s] とする。 v = 6.0m/S, VAB-4.5m/s であり, VAB=VB-UA の関係が成り立ち これ らの関係は図のようになる。 上流 上流から下流の向きに 6.0m/s -4.5=vp-6.0 ひB=1.5m/s AI 上流から下流の向きに 1.5m/s v=6.0m/s 20 [m/s] B 正 VAB=-4.5 m/s 下流 上流 v=3.5m/s v=2.5m/s A VA [m/s] →正 下流 Point 1直線上の運動では,正の向きを定め ることで,速度を正, 負の符号で表すことがで きる。 ②速度は,大きさ(速さ)と向きをもつべ クトルであり,「速度を求めよ」 と問われた場合 は、向きも含めて答える必要がある。 1.物体の運動 7

（４）「腹で振幅は入射波の振幅の2倍となるので」の部分が分かりません。解説していただきたいです。

5.0X10 ■山が入だけ移 ーる時間は 波の基本式 「v=fa」より f=4.0 = 5.0Hz (2)定在波の節と節の間隔は入射波の半波長となるので 0.80 …… ⑤ 入を求める。 -=0.80 X- -=0.40m =0.8 (3) 固定端は定在波の節となるので、図の ように固定端 (x=1.80m) から0.40m ごとに節ができる。 よって x=0.20, 0.60, 1.00, 1.40, 1.80mの5個 (4) 腹での振幅は入射波の振幅の2倍となるので 0.30×2=0.60m 4y [m] 固定端 * [m] 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 -= 0.20s また求める周期を T [s] とすると, 入射波の周期と同じなので T=1=1 5.0 160 することで求められる。 160 (3) L.80m の位置は固定端なので節となる。 解説 移動距離 経過時間

（6）についてです。 模範解答は全ての熱機関に当てはまるのではないでしょうか？

[A] 理想気体では物質量が同じであれば, 内部エネルギーは温度 で決まる量であり,圧力や体積が異なっていても温度の等しい状 態の内部エネルギーは同一である。このことから,1molの理想 気体に対する か-V 図(図1)に示す状態a(温度T〔K])から状態 b (温度T [K])への内部エネルギーの変化 4Uab 〔J] は,積モ ル比熱 Cv 〔J/(mol・K)〕 を用いて 4Uab=Cr(T'-T) と表すことができる。 T' ・① 図 1 T' 等温線 (1) 図1に示す状態 a, b とは別の状態c (状態aと同じ体積をもち,状態bと同じ温度で ある状態)を考えることで ① 式を導け。 〔B〕 理想気体1molの状態を図2のようにA→B→C→Aと変化 p↑ させる。 それぞれの状態変化の過程では, ATA p1 A B 外部との間で熱の出入りがないものとする B→C: 圧力を一定に保つ C→A: 体積を一定に保つ Þ2 To To B C V₁ 図2 ように変化させる。 状態 A, B, C の圧力, 体積, 温度をそれぞれ 0 (pi (Pa), Vi(m³), TA(K)), (þ₂ (Pa), V₂ (m³), TË[K]), V2 V (p2〔Pa〕, Vi〔m²〕, Tc [K]) とする。 また, 定積モル比熱をCy [J/(mol・K)〕, 定圧モル比熱 をC [J/(mol・K)], 比熱比をv= Cp 気体定数を RJ/(mol・K)] で表す。 Cv (2) 過程A→Bで気体が外部からされる仕事 WAB [J] を ①式を用いて求め,その答えを Cv, Cp, Ta, TB, Tc の中から適するものを用いて表せ。 (3)過程B→Cで気体が得る熱量 QBc 〔J〕 と, 過程C→Aで気体が得る熱量 Qca 〔J] を, Cv, Cp, Ta, TB, Tcの中から適するものを用いて表せ。 (4) 過程B→C→Aで,気体が外部からされる仕事 WBcA [J] を求めよ。 これと前問の答え とをあわせて考えると,定積モル比熱 Cv, 定圧モル比熱 Cp, 気体定数Rとの間の関係 式を見出すことができる。その関係式を導出せよ。 仕事 WBca は, Cv, R, Ta, TB, To の中から適するものを用いて表せ。 (5) 図2に示すサイクルの熱効率e を,Y, DV2 を用いて表せ。 D2' V1 (6) 図2のサイクルを逆向きに,すなわちA→C→B→Aの順に変化させると,どのような はたらきをする機関となるか。 これが熱力学第二法則に反しないための条件を含めて 100字以内で述べよ。 [22 岐阜大 〕

(3)についてで、私は写真のようにエネルギー保存則を使って外力の大きさを求めようとしたのですが、写真の式だと外力が0になってしまいました。どこが間違っているのか教えて欲しいです。

36 電磁誘導 ←1→←1- 図のような長方形の回路が ある。 各辺の長さは1で,各 辺の抵抗はすべてRであり, af間には容量 Cのコンデン サーが接続されている。 平行 直線L, L′ではさまれた幅 の斜線で示された領域には, C b C d OB LL´ 紙面に垂直に裏から表に向かう一様な磁束密度Bの磁場 (磁界) があ る。回路の辺cd を L と平行に保ちながら,右向きに一定の速さで 移動させる。 辺cdがLと一致した時刻を t = 0 とし, 誘導電流によ る磁場はBに比べて無視できるとする。 II I≤t<ivの間で,回路を流れる電流が一定になったとき, 辺be を流れる電流の向きと強さを求めよ。 メンデンサーのa側の極板の電荷を求めよ。 3 回路全体での消費電力を求めよ。 また, 回路に加えている外力 の大きさと向きを求めよ。 <t < 21/v の間で, 回路を流れる電流が一定になったとき, you コンデンサーに蓄えられているエネルギーを求めよ。 また, 路に加えている外力の大きさと向きを求めよ。 (名城大