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Physics Senior High

高校物理 コンデンサー 下の写真の問題の問6で 静電エネルギーの変化量 と 電池の内部エネルギー変化量の符号の関係がわかりません。 答えはそれぞれ -1/2IVΔt 、 IVΔt です。 この問題ではIは電流の大きさであり、 静電エネルギーの変化量=1/2ΔCV^2、ΔC... Read More

教·エ·応生: 3' 3 次の文を読み、以下の問いに答えよ。 (配点比率 医: 4 外りように, 一辺a[m]の正方形の金属板を極板とする平行板コンデンサーが起電力V[V] 可能な電池に,スイッチSを介して接続されている。極板間の距離はd[m]である。この ーンテンサーに,厚さ d, 上下面が極板と同形である。誘電率e[F/m]の誘電体の板が,極板の 辺に沿うように挿入されている。コンデンサーを充電した後,誘電体をコンデンサーから引き出 すとき,どのような力がはたらくかを調べたい。 1ぶすます 以トでは、誘電体の位置を,極板の左端から誘電体の左端までの距離x [m]で表すことにす る。以下の問いに解答するとき,極板の端の効果,電池の内部抵抗,導線の抵抗,摩擦力は無視 できるものとする。なお, コンデンサーは大気中におかれており, 空気の誘電率は,真空の誘電 率Eo(F/m]に等しいとしてよい。 い ) 問1 誘電体がx=0の位置にあるとき,スイッチSを閉じ,回路が安定するまで十分に充電 い してから,スイッチSを開いた。このとき, 極板に帯電している電荷 Qo[C]はいくらか。 問2 間1の操作の後, スイッチSを開いたまま, 誘電体を極板から距離x引き出した。このと きの,コンデンサーの電気容量 C(F] と,蓄えられた静電エネルギーU[Jを求めよ。なお, 答えはa, d, e, Eo, X, Vの中から適するものを用いて表すこと。 問3 一般に,物体には位置のエネルギーが小さくなる向きに力がはたらく。この考えを用いて, 位置xにおいて誘電体にはたらくカの向きはどうなるか, 答えよ。どのように推論を進めた か簡潔に述べよ。 上記と同様のことを, スイッチSを閉じたままで行うと, 誘電体にはたらく力はどうなる

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物理の運動の法則、センサーという問題集での質問です。 問43(3)がこのように考えられないことの意味がわかりません。

42 運動の法則 なめらかな水平面上に静止している質量8.0kgの物体に, 水平方 向で互いに逆向きに5.0Nと3.0Nの力を2.0s間加え続けた。 (1) 物体に生じる加速度の大きさはいくらか。 (2) 2.0s後の物体の速さはいくらか。 46 張力と重カ 質量 小球が軽くて伸び縮みし 体が一定の大きさFの レベーターの加速度の よ。ただし,重力加速 5.0N N 030 ヒント (2) ひ=otat センサー 183 43 張力と重力 質量 0.50kgの物体を, 軽くて伸びないひもの一 端につけ,ひもの他端を持ってつり下げた。次のような運動をさせる とき,それぞれの場合のひもの張力の大きさを求めよ。 (1) 静止しているとき (2) 1.5m/s の等速度で下降しているとき (3) 上向きに1.2m/s°の加速度で上昇しているとき (4) 下向きに1.2m/s°の加速度で下降しているとき (5) 下向きに1.2m/s°の加速度で上昇しているとき (6) 下向きに9.8m/s°の加速度で下降しているとき 圏 47 滑車につるし できる定滑車に軽く 必 物体Aを,他端に 支える。静かに手を 力の大きさは,そミ さをg[m/s]とし ヒント A は下向き, I 0.50 kg 48 最大摩擦コ 壁に押しつけた 物体が落ちない 大きさをいくら よ。ただし,重 摩擦力は無視で センサー 182 44 連結した物体の運動 右図のように, 質量2.0kgの物体 Aと質 量3.0kgの物体Bを軽くて伸びないひもで連結し, Aを60Nの力で 引き上げた。このとき, A, B両物体の加速度の大きさとひもの張力の N 09 2.0 kg V

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Bの(3)で力学的エネルギーの立て方が分かりません

4 軌道上を 2m/s), 地 次の問いに答えよ。 ただし, 月は質量 M [kg),半径 R[m]の球体とし, 弾丸,の質量 を近(kg)ノ万有引力定数をG[N·m?/kg°]とする。 また, 数値を求める場合の答えの 有効数字は2桁でよい。 人工衛星 【A)月の表面から表面に垂直に無限遠方に向けて弾丸を発射する。 (1) この弾丸が無限遠方に達するための最小の初速度 m/s] を表す式を求めよ。 このとき,弾丸が発射直後にもつ運動二ネルギーの数値を求めよ。ただし, m=2.0 kg, G= 6.7×10-1! N.m?/kg? およびM=7.3×10 kg, R=1.7×10° mで ある。 位時間に ]の大き きる速度 (B] 次に,図のように, 月の表面から 発射した弾丸が地球表面に達するた めの最小の初速度 v」 [m/s] を求めた い。ただし,弾丸は地球の中心と月 の中心を結ぶ直線上を飛行するもの とし,月の地球の回りの軌道運動は 考えないものとする。地球の質量は月の質量の 81倍である。また, 地球の中心と月 の中心の距離をDM]とする。 (1) 地球の中心と月の中心を結ぶ直線上において,月の中心からx[m}の地点A まで は月の引力が勝るが/地点 A を越えると地球の引力が勝っている。月の表面から この直線上を地球に向かって飛行する弾丸ばこの地点Aを越えることができたら 地球に向かって落下できる。 (2) 地点A での弾丸の位置全ネルギーVD]は,地球の重力による位置エネルギーと 月の重力による位置エネルギーの和である。VをDを用いないで表す式を求めよ。 (3) 月の表面から発射された弾丸の力学的エネルギーが(2)で求めた位置エネルギー より大きければ弾丸は地球表面に到達する。このことから上記のひ」を表す式を 求めよ。 (4) 弾丸が地球表面に達するために与えなければならない最小の運動エネルギーは 弾丸が無限遠方に達するために与えなければならない最小の運動エネルギーの何倍 か,その数値を求めよ。ただし,DE3.8×10°ゆである。また,必要ならば [A](2) で与えた数値を用いよ。 地球 弾丸 質量 m 月 半径 R 質量 M VA A 質量 81 M トーxー D A m この(xをDを用いて表す式を求めよ。 (C] [A]の速度 は「脱出速度」とよばれる。質量が同じ星の脱出速度はその半径が 小さいほど大きな値になる。半径が小さくなり脱出速度が真空中の光の速さ (3.0×10°m/s) となるような天体は「ブラックホール」とよばれる。この天体が太陽 と同じ質量(2.0×10°kgYをもつ球体である場合,その半径は何 km か, 半径の数値 を求めよ。 3.3 く-> 8lx -(ー)

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