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Physics Senior High

(シ)で直列(問題の図4)と並列(問題の図5)の時のコンデンサーに蓄えるエネルギーを比較しているのですが(シ)の解説で0<ω^2LC<2の時とあるのですがどうしてこの範囲になるのか分かりません。 ω^2LCが2より大きい値を取った時は考えないのでしょうか? 出典:難問題の... Read More

Chapter 1 電磁気 Section 4 交流と荷電粒子の運動 192 例題 35 交流回路② 以下の空欄(ア)~(シ)にあてはまる式または語句を解答用紙の該当す る欄に記入せよ。 また, 空欄(a), (b)にあてはまる答えを図3から選び、 その番号を解答用紙の該当する欄に記入せよ。 る。したがって、同じ電圧振幅 V を発生する交流電源に接続するとき, コンデンサーが蓄えるエネルギーの最大値は直列接続の場合( [J] であり, 並列接続の場合(ク) 〔J〕 である。 また, コイルが蓄え るエネルギーの最大値は、 直列接続の場合は) [J] であり,並列 接続の場合は) [J] である。 並列接続の場合, コンデンサーが蓄 えるエネルギーの最大値とコイルが蓄えるエネルギーの最大値が等 しくなるのはω=)〔rad/s〕のときである。 コンデンサーから放射される電磁波の強さは, コンデンサーが蓄積 するエネルギーに比例するとしよう。 交流電圧源の電圧振幅 Vo を一 として、交流電圧の角振動数を変えて電磁波の放射エネルギーを大 きくしようとするとき, コイルとコンデンサーの直列接続と並列接続 とを比較するとシン) 接続のほうがより強く電磁波を放射すると考 えられる。 図1に示すように, 電気容量がC〔F〕] のコンデンサーを角振動数ω [ rad/s ] の交流電圧を発生する電圧源に接続する。 回路には時間を [s] として,図2に示すようなIo cos wt 〔A〕 の交流電流が図1の矢印の 向きを正として流れる。 t=0s でコンデンサーの電圧は0Vで,コンテ ンサーの蓄える電荷はOCであった。 交流電流が流れることによって 時刻に図1のコンデンサー上側の極板が蓄える電荷は) [C]で あり、コンデンサー両端の電圧は() [V] である。この交流電圧 はコンデンサーの極板間に,時間的に変動する電界を作る。 変動する電界付近には, 変動する磁界が発生する。 図2の0<t< / 200の間では,コンデンサーの極板間の電界の向きは図3の(a) の向きである。この向きの電界の時間変化率は0<t < π/20 の間で正 であり、この間に変動する電界は、コンデンサーの上側極板に流れ込 む電流が,そのままコンデンサーの極板間を流れるものと考えた場合 に発生する磁界と,同じ向きに磁界を発生する。 したがって,0<t <π/20の間にコンデンサー周囲に発生する磁界は図3(b)の向 きである。 この磁界の周りには、変動する電界がさらに発生する。 こ うして、コンデンサーの周りには、次々と変動する磁界と電界が発生 し、周りの空間に伝えられる。 これが電磁波である。 光の速さをc[m/ s] とすると,このコンデンサーから放射された電磁波の波長は(ウ) [m〕 と計算される。 コンデンサーから電磁波を発生させるとき, コンデンサーとコイル を接続した回路がよく用いられる。 電気容量C [F] のコンデンサーと 自己インダクタンスL [H] のコイルを,図4のように直列接続する場 合と,図5のように並列接続する場合を比較しよう。図4の直列回路 I cos at 〔A〕 の交流電流が流れるとき, 電圧源が発生する電圧の振 幅は国〔V〕である。 一方, 図5の並列回路のコイルとコンデンサー Vosin at 〔V〕 の電圧を加える場合には, コンデンサーに流れる電流 の振幅は(オ) [A], コイルに流れる電流の振幅はカ) [A] であ 図 1 考え方の キホン 電流 415 図4 電流 [A] Io 0 -10 2ω ② 3 w2w 図2 図5 2x 時間 t(s) コンデンサー -0 電流 図3 (同志社大) 交流で電圧や電流を求める場合、 普通は,振幅(最大値) と位相を 別々に処理すればよい。 振幅はオームの法則から求め、位相はπ/2 だけ進むとか遅れるとかを判断し, cot+π/2とかwt-π/2とかとすればよい。ただ この問題では、設問の順序からみて、 微分や積分を用いて解答するのが、出題者 の意図であろう。 1-4 交流と荷電粒子の運動 電磁気 193

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Physics Senior High

物理基礎がわからないのですが、なにかコツはありますか><

【1】 平均の速さ 次の問に答えよ。 (1) 自転車で60mの距離を12秒で移動した。 こ の自転車の平均の速さは何m/sか。 (2) 1kmの通学路を15分で登校した。 このとき の平均の速さは何km/hか。 (3) 自転車が, 時刻2秒で原点から右に4mはな れた点Aを通過し, 時刻 5秒で原点から右に 25m はなれた点Bを通過した。 この間の平均 の速さは何m/s か。 (1) 10m/s 5 [m/s] (2) 6m/s 【2】単位の換算◆ 次の速さを, 「」で示された単 位に換算せよ。 「km/h」 4 [km/h] 「km/h」 7[m/s] 36 (km/h) 21.6km/h 【2】x-tグラフ◆ 次の x-tグラフについて, 以下 の問に答えよ。 [m〕 距離・ 1 0 4 時刻 (1) 時刻 0 から4秒までの平均の速さは何m/s 1 2 =2のグラ フの接線 6 [s] 1 [m/s] (2) 時刻2秒から6秒までの平均の速さは何m/s 2 [m/s] (3) 時刻2秒での瞬間の速さは何m/sか。 1 [m/s] 【3】 等速直線運動 次の等速直線運動について, 以下の問に答えよ。 (1) 2.5m/sの速さで30秒間移動した。 移動した 距離は何mか。 75〔m〕 (2) 16km/hの速さで4時間移動した。 移動した 距離は何km か。 (3) 20m/sの速さで 1.3km 移動した。 移動にか かる時間は何秒か。 (4) 等速直線運動をして, 800m を25秒間で移 動した。 このときの速さは何m/s か。 速 15 度 V 【4】 pt グラフ◆ 次の v-tグラフで示す等速直 線運動をする。 移動距離は何mか。 (1) (m/s) ↑ 0 (m) A 500 距 離 時刻! 64 〔km〕 [3] 時刻 65 (s) 【5】x-t グラフ◆ 次の x-tグラフで示す等速直 線運動をする。 速さは何m/sか。 (1) 20 [s] 32 [m/s] 75〔m〕 25 [m/s] 【6】 変位◆ 直線上の原点 0 から右に 2mの位置 Aに物体がある。 次の問に答えよ。 (1) 位置 A から,原点0の右6mの位置Bに移 動した。 この間の変位はどちら向きに何mか。 右向きに 4m (2) 位置 A から,原点0の左6m の位置Cに移 動した。 この間の変位はどちら向きに何mか。 左向きに8m 【7】 速度◆ 次の問に答えよ。 (1) 直線上の原点 0から右に2mの位置にある 物体が、 右向きに 3.5m/sの速さで2秒間移動 した。 物体の位置は, 原点 0 からどちら向き に何か。 右向きに9m (2) x軸上で等速直線運動をする物体が, x=2 [m]の位置からx=78 [m] の位置まで移動する のに、4秒かかった。 物体の速度はどちら向き に何m/sか。 x軸正の向きに 19m/s (3) x軸上で等速直線運動をする物体が、 時刻 = 1.5〔s] のときに x = 18 [m] の位置を通過し、 t=9.5 [s] のときに x=-42[m]の位置を通過 した。 物体の速度はどちら向きに何m/sか。 x軸負の向きに 7.5m/s

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Physics Senior High

【途中計算】どうやっても答えが合いません。何が違うんですか?丸しちゃってるのは間違えて丸つけちゃいました。どなたか教えてください!

165 きさをv[m/s] とすると, 力学的エネル ギー保存の法則より, 無限遠点を万有引力による位置エネル ギーの基準点として, ① ② より G, M を消去して、 ひ= +(-G Mm) = 1/2 mx 0 + (-G_Mm R+3RT mv² + 2² ≒9.7×10°[m/s] 2 (2) 無限遠点まで到達すれば、地球の重力は及ばなくなる。無 限遠点での万有引力による位置エネルギーはOLだから, 求 める初速度の大きさを〔m/s〕 とすると, (1) と同様に考えて, 3gR 2 /3×9.8 x (6.4×10°) 1/2 mv ² + ( - G Mm) = 1/2 m² ²) = 1/2m x 0² +0 R ③より,G, M を消去して び =√2gR=√2×9.8 x (6.4×10) = √22 ×7²×82 × 104 = 1.12×10=1.1×10^[m/s] ゆえに, v2 (3) 2GM 72 1^2 解説 (1) ケプラーの第2法則(面積速度一定の法則)より, 一元 r1 1/1/nor = 7/1/2 12 (2) 惑星の質量をmとすると, 力学的エネルギー保存の法則 より 無限遠点を万有引力による位置エネルギーの基準点と して, 1/2 mv ² + ( - G 2 ひ (2) vi²+2GM = 202 ゆえに, v2 Mm/ 12 u2+2GM (11) (p<0は不適) 2 (3) (1)2)の結果より, v2 を消去すると, -(-GMm) 1 = 2 mv₂² + -(-6 ・G 11 20₁= √0₁² + 2GM ( + 2 = 1 ) 12 12 ri (ritr₂) mv² + 2 =一定 165) セ (1) 面積 星を結ぶ 向と惑星 角が0の場 (面積 0=90° ri (面積 THE V₁ = 12 両辺2 整理す (r₁² - r₂²) 1₁ 1₂ = (n+1₂) よって

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