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Physics Senior High

物理の磁気の問題です。 黄色マーカーで引いたところの解説をお願いします

180 第4章 電気と磁気 ★★ **140 【10分・16点】 XXXX 図のように, 自己インダクタンスLのコ イル, 抵抗値Rの電気抵抗, 電気容量 Cの コンデンサーを起電力 E の直流電源に接続 し 回路の特性を調べた。 直流電源およびコ E イルの内部抵抗は無視できるものとする。 0 A (4 R S₁ スイッチ S2 を開いたままで, スイッチ SL を閉じて, 十分に長い時間がたった状態について考える。 問1 コンデンサーに蓄えられた電荷はいくらか。 ①1/23CE ② CE ③ 1/12 CE2 ④ CE2 ⑤/12 LE ⑥ LE コンデンサーを充電し終わった後, スイッチ S を開き, 次にスイッチ S2 を閉じ ると,コンデンサーとコイルから成る電気振動回路ができる。すなわち, 充電され たコンデンサーの電荷はコイルを通し放電され, 振動電流が流れ始める。 ①1月 1 問2 スイッチ S2 を閉 (2 じた時刻を t=0 とす m AAA t るとき, コンデン サーのb点側の電荷 Qの時間変化を表す グラフはどれか。た だし, グラフの縦軸 はQを表すものとす る。また, マイルに 0 流れる電流の時間 WIN 変化を表すグラフは どれか。ただし,電流は a点からb点の向きを正とし, グラフの縦軸はiを表すも のとする。 Q のグラフ 1iのグラフ 2 問3 電気振動の周期はいくらか。 0 T√LC 22 T√LC T√LC 問4 インダクタンスLのコイルに電流Iが流れている場合, このコイルに蓄えら れているエネルギーは 1/12 L12 で与えられる。これを用いて,この回路に流れる振動 1 2T LC 電流の最大値はいくらか。 0 EVE EVEⓇ CE EVE E. ED C a IS₂ mm b IC §ε 図 に、 に時 何と れ (2 2 問3 問4 は ① to

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この理科の問題全ての解説をお願いします。回答があるので、参考にしてください!

021 問題4 物体の運動とエネルギーについて,次のような実験を行った。 これについてあとの各問いに答えなさい。 【実験】 右の図のように台 1, 台 2, 水平面をな P 磁石 めらかに接続し、水平面の真ん中には水 平面を取り囲むようにコイルを設置した。 コイルの両端は, 水の入ったビーカーに 入れている電熱線に接続されている。 こ の状態で台1の点に小さな磁石を静かに 置くと、磁石は台1からすべりおり始め、 水平面を通過したあと, 台 2 を上昇して いった。 その後、 磁石は一瞬静止し, 今 度は台 2 をすべりおりていき、 再び水平 面を通過して台を上昇していくような往復運動をしたが、だんだんと往復の振れ幅が小さくなっていき 水平面上で静止した。このとき, 初めに台をすべりおりていくときの様子をデジタルビデオカメラで撮 影し, その映像を元に一定時間ごとの平均の速さを求めた。 また, この実験を一定回数繰り返して行っ たときのビーカーの水の温度上昇を測定した。 これらの一連の実験を, 磁石の質量を1.0kgと2.0kgの 2種類, 磁石を置く位置をP(水平面からの高さ40cm)とQ(水平面からの高さ20cm) の2種類, 繰り返 しの回数を50回と100回の2種類のそれぞれについて、 これらの条件を組み合わせて4種類の実験 (A, B, C, D) を行い, その結果を記録した。 実験結果を下の表にまとめた。 なお, 台や水平面と磁石 の間の摩擦や、磁石にはたらく空気抵抗は無視できるものとする。 また、電熱線以外の導線部分では 熱は発生せず、発生した熱はすべて水の温度上昇に使われたものとする。 さらに、 使用する磁石の磁 力の強さは質量に関係なく等しいものとし、 地球の磁気など外部の磁気の影響と磁石がコイルの中を 通過するとき以外のコイルに流れる電流が作る磁界の影響は無視できるものとする。 -9- 実験 A B C D 実験 A B C D 磁石の質 量 (kg) 1.0 2.0 1.0 2.0 磁石を置 いた位置 P P Q Q 繰り返しの 回数(回) 100 100 100 50 1台2 電熱線 140 140 140 水の温度 上昇(℃) 3.4 ピーカー 6.8 1.7 1.7 ウ.斜面からの垂直抗力 コイル R Q 水平面 平均の速さ(cm/s) 0~0.1s 0.1~0.2s 0.2~0.3s 0.3~0.4s 0.4〜0.5s 0.5~0.6s 0.6~0.7s 0.7~0.8s 0.8~0.9s 0.9~1.0s 20 60 100 140 179 219 259 280 280 280 20 60 100 179 219 259 280 280 280 20 60 100 179 198 198 198 188 188 20 60 100 179 198 198 198 188 188 台1 (1) 平均の速さはどのようにして求めるか。 最も適切なものを、次のア~エから一つ選んでその記号を書け。 ア. (移動した距離)÷(かかった時間) イ. (移動した距離)×(かかった時間) ウ.(かかった時間)÷(移動した距離) エ (かかった時間)×(移動した距離) (2) この実験で磁石が斜面をすべりおりている間に受けている力として正しいものを、次のア~エからすべて 選んで, その記号を書け。 ア. 重力 イ. 磁力 エ斜面に沿って平行な方向の速さ

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名問の森の質問です! ?のところのV1とV2の向きがなぜそうなるか分からないので教えて下さい!

122 電磁気 38 電磁誘導 十分に長い直線導線Lがy軸上 にあり, 1辺の長さ2aの正方形コ イル ABCD が 辺ABをx軸上に, 辺BC を軸に平行にして置かれて いる。 コイルの電気抵抗は R で, コ イルの位置は辺ABの中点Mの座 標xで表す。 装置は真空中に置かれ, 真空の透磁率 μlo とする。 コイルの 自己誘導は無視する。 Foll 導線L に+yの向きに一定電流Iを流し,コイルを一定の速さ で,xy平面上,x軸に沿って導線から遠ざける。コイルがx(a)の 位置を通過するときについて, (1) L による,点A,B での磁場の強さ H1, H2 をそれぞれ求めよ。 (2) コイル全体での誘導起電力の向き (時計回りか反時計回りか)と大 きさVを次の2つの方法で求めよ。 Level (1)★★ (2) (a)★ (b)★ (3)★ Point & Hint 電磁誘導は一般にはファラデーの電磁誘導 の法則に従っている 0 (2) (b) 微小時間⊿tの間の磁束の変化⊿のを調 べる。 といっても, コイルを貫く磁束のはコイ ル内の磁場が一様ではないので(積分しない限 り) 計算できない。 そこで, 変化した部分だけ に目を向ける。 近似の見方も必要。 L D A -2a- M C B (a) 1つ1つの辺に生じる誘導起電力を調べる。 (b) コイルを貫く磁束の変化を調べる。 (3) x=2aのとき, コイルに加えている外力の向きと大きさを求め よ。 (九州大+お茶の水女子大) -V Base 電磁誘導の法則 磁束① = BS V=-N40 4t 一面積S N巻きコイル ※マイナスは磁束の変化を 妨げる向きに誘導起電力 が生じることを表す。 LECTURE (1) A,Bでの磁場は ? I H₁ = 2π (x− a) 2π (x+a) (2a) 直線電流Ⅰのつくる磁場は紙面の裏へ の向きとなり、磁力線を切って進む AD と BCで誘導起電力 V1, V2が図の向きに発生 している。公式V=vBlより V₁ = vμoH₁.2a V2= vμoH22a 2つの起電力が逆向きとなっていることと, H>Hより全体の起電 力は時計回りで (b)微小時間tの間にコイルはx=v4t だ け動き,右の赤色部分で磁束を402 増やし、 灰色部分で4の減らす。 そこで,磁束の変化 40は H2= 40= 40₂ 40₁ =μoH22a4xμoHi・2a4x 2μo lav π (x²-a²) At 符号マイナスは磁束の減少を表している (H) > H2 より定性的にも明らか)。 よっ て, 誘導起電力の向きは、父の向きの磁場 を生じるようにコイルに電流を流す向きで あり、時計回りと決まる。 40=2μoIav V = π (x² - a²) 4t V=V1-V2=2μova (H1-H2)= 2μo Iav π (x²-a²) (3) x=2a より V= 2μo Iv であり、誘導電流 3π えは時計回りに流れ, オームの法則より i = R 38 電磁誘導 2μo Iv 3πR V₁ H₁ v A -x+a H₁ 4x F D 123 H 2 V i V2 A ⊿xは微小なので ③ 磁場はHやHで 一定としてよい。 B H2 4x C i F2 B Iとの向きから, ③ F は引力, F2は反 発力と決めてもよい。

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(3)がわかりません… 誰か分かりやすく教えてください! お願いします!

電流と磁界に関する次の (1)~(3) に答えなさい。 12 [実験1] 図1のような回路をつくり、棒磁 1 石のN極をコイルQに上から近づけてい くと、検流計の針が振れた。 [実験2] 図2のような回路をつくり、棒磁 石のN極をコイルQに上から近づけてい コイルQ くと、コイルRはaの向きに動いた。 検流計 (1) 実験1のように、コイルの中の磁界が変化することによって 流れる電流は何と呼ばれるか。 (誘導電法〕 図3 A (2) 磁界の様子を磁力線で描いた図において、 磁界の強弱は, 磁 力線の間隔により、それぞれ、どのように表されているか。 「広 く」「せまく」の二つの言葉を用いて、簡単に書きなさい。 磁界が弱いところ広く、強いところ、せまい。 唱 棒磁石 2 ・針 棒磁石 割りばし 導線K コイルQ C コイル ZIS U字形磁石 [コイルQの面は、水平である。] CK 線L 間隔がせまいほど、磁力強 (3) 図2の装置で,次のア~エの操作を行うと、それぞれゴイルRはa,b いずれかの向きに動いた。 次のア~エのうち, コイルRがbの向きに動くも のを全て選び, その記号を書きなさい。 (アウ ] ア U字形磁石は図2の状態のままで、図3のAのように棒磁石のN極をコ イル Qから上向きに遠ざける。 イ U字形磁石を図4の状態に変え、図3のBのように棒磁石のS極をコイ ル Q に上から近づける。 AU ウ U字形磁石は図2の状態のままで, 図3のCのように棒磁石のN極をコイル Q に下から近づける。 エ_U字形磁石を図4の状態に変え、図3のDのように棒磁石のS極をコイル Qから下向きに遠ざ ける。 a

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