①②③から答えの式を導き出すやり方がわかりません

例題 5 剛体のつり合い 右図のように、質量M, 長さ2Lの一様な棒を水平なあらい床と 垂直ななめらかな壁に立てかける。棒と床とのなす角をゆっくり小 さくしていくと、角度が0になったとき棒はすべり始めた。このと きの満たす条件を求めよ。 ただし、棒と床との間の静止摩擦係 数をA, 重力加速度の大きさを」 とする。 センサー 5 物体のつり合いの条件 Fu+F2+...=0 Fu+F2+...=0 M+M2+ ...=0 25 29 32 2L 解答 棒が床から受ける垂直抗力を N, 壁か ら受ける垂直抗力を N とする。 角度が0の とき棒が床から受ける摩擦力は最大摩擦力 AN, なので、水平方向の力のつり合いより、2Lsino N2-14N=0.① N₁ 鉛直方向の力のつり合いより、 tanθ= NMg0 ・・.... ② 棒の下端のまわりの力のモーメントのつり合いより。 N2 x 2L sin0-MgxLcos0=0. ③ 1 ①〜③ より 2440 No 7 Ma 中心の軸として

①②③から答えの式を導き出すやり方がわかりません

例題 5 剛体のつり合い 右図のように、質量M, 長さ2Lの一様な棒を水平なあらい床と 垂直ななめらかな壁に立てかける。棒と床とのなす角をゆっくり小 さくしていくと、角度が0になったとき棒はすべり始めた。このと きの満たす条件を求めよ。 ただし、棒と床との間の静止摩擦係 数をA, 重力加速度の大きさを」 とする。 センサー 5 物体のつり合いの条件 Fu+F2+...=0 Fu+F2+...=0 M+M2+ ...=0 25 29 32 2L 解答 棒が床から受ける垂直抗力を N, 壁か ら受ける垂直抗力を N とする。 角度が0の とき棒が床から受ける摩擦力は最大摩擦力 AN, なので、水平方向の力のつり合いより、2Lsino N2-14N=0.① N₁ 鉛直方向の力のつり合いより、 tanθ= NMg0 ・・.... ② 棒の下端のまわりの力のモーメントのつり合いより。 N2 x 2L sin0-MgxLcos0=0. ③ 1 ①〜③ より 2440 No 7 Ma 中心の軸として

問3で、導体棒の速さが一定値になった時の速さvを求めるのですが、解答では力のつりあいを用いていました。私は電流0として解こうとしましたが、vが0になってしまいました。電流を0として解くやり方はダメなんでしょうか？

もう一回とく 糸の固定点 ばね A d 0; 図1 0 B Ⅱ 図1のように, 十分に長い導体のレール abとレール cd が, 水平面と角度を なして間隔Lで平行に置かれている。 これらのレールの上には,質量mの導体棒が レールと直角になるように置かれており, レール上を滑らかに移動できる。 また, ac間とbd間には,それぞれ抵抗値 R, の抵抗 1 と, 抵抗値 R2 の抵抗2が接続され ている。 さらに,二つのレールが作る平面と垂直上向きに, 磁束密度Bの一様な 磁場がかけられている。 以下の問1~5に答えなさい。 解答の導出過程も示しなさ い。 必要な物理量があれば定義して明示しなさい。 ただし, レールと導体棒の電気 抵抗, レールと導体棒の接触抵抗, およびレールと導体棒に流れる電流で生じる磁 場をいずれも無視してよい。 (配点25点) 問1 導体棒がレールと平行に下向きに速さで動いているとき, 抵抗 抵抗2 に流れる電流の大きさをそれぞれ求めなさい。 また. 抵抗1 と抵抗2に流れる 電流の向きが, それぞれa→cとc→a, bdとdbのどちらであるか答 えなさい｡ 問2問1の状況において. 導体棒にはたらく力の大きさと向きを説明しなさい。 2023年度 物理 27 3時間が十分に経過すると、導体棒の速さは一定値となった。 を求めな さい。 107 A 問4 問3の状況において,抵抗1と抵抗2で単位時間に発生するジュール熱をそ れぞれ求めなさい。 問5 問3の状況で発生するジュール熱の元となるエネルギーが何か説明しなさ T B 抵抗 B₁ b B2 図1 抵抗2 導体棒

電磁誘導の問題で、誘導起電力の向きのことについて質問です。　 東進のやまぐち健一先生によると、勝手に仮想的な面積を考えてそこを貫く磁束の変化を妨げる向きに起電力が生じると教えていただいたのですが、いまいちよくわかりません。理系でよく理解されている方に説明お願いしたいです。 ... 続きを読む

(3)で小球1についてのみの力学的エネルギー保存の式を立ててはダメなのですか？

PATH 28 剛体の回転 図のように、天井に鉛直に固定された支柱の下端Oの まわりに,鉛直面内で自由に回転できる長さ 2αの軽い 100 O 小球2 棒が取り付けられている。 この棒の右端には質量Mの 小球1が固定されており棒の中点には質量mの小球 2が固定されている。はじめ, 小球1は支えられており, 棒は水平に保たれ ている。重力加速度の大きさをgとして、以下の問いに答えよ。なお, 空気 抵抗や点0での摩擦は無視できる。 小球1の支えを静かに外すと. 棒は点〇のまわりに回転を始めた。 棒が回 転しているある瞬間において、小球2の速さは小球1の速さの (1) 倍であ る。 よって, 小球2の運動エネルギーは小球1の運動エネルギーの (2) 倍 である。 したがって, 小球1が最下点に達したときの, その速さは (3) で ある。このとき, 支柱の下端に棒から働く力の大きさは (M+m)g+ (4) である。 (明治大) 小球1 m 2a M

(２)の電流の向きがわかりません。誰か教えてください

物 400 234 第4編 電気と磁気 基本例題 90 磁場を横切る金属棒に生じる誘導起電力 図1のように、真空中に金属レー y ルが水平に置かれ、その上を金属棒 がなめらかに移動できるようになっ ている。 金属棒の長さは/〔m〕で, レールの間隔に等しい。 またレール 面と垂直に、磁束密度B [T] の磁場 が加えられている。 レールの方向を x軸, 金属棒の方向をy軸とする。 磁場の向きはz軸の正の向き (紙面 裏から表の向き)である。 また、金属棒の抵抗はR [Ω] である。 〔A〕 図2のように, 端子 a,b 間に起電力E 〔V〕 の電池(内部抵抗 0) を接続した ところ、金属棒は動き始めた。 金属棒がx軸の正の向きに速さ 〔m/s]で動い ている よってI= E-vBl R 軸の正の向き (3) F=IBl= 習 [A] z軸の負の向きの磁場をつくる 向きに誘導起電力 Vが発生 (レンツ の法則)。 Vの向きはEの向きと反 対になる (右ねじの法則)。 (1) V=vBI (V) ....... ① (2) キルヒホッフの法則Ⅱより E-V=RI E-vBl R Q 2 ...... ② 2 a (A). E÷ BI (N) b r a b 図2 指針 磁場を垂直に横切る金属棒に生じる誘導起電力の大きさはBl〔V〕 である。 向きは、レンツの法則と右ねじの法則とから判断する。 レール V (1) 金属棒の両端に発生する誘導起電力の大きさ V〔V〕 を求めよ。 (2) 金属棒に流れる電流の大きさ / [A] と向きを求めよ。 (3) 金属棒に加わる力の大きさF 〔N〕 を求めよ。 十分長い時間が経過し, 金属棒の速さは一定になった。 このとき (4) 金属棒の速さひ [m/s] を求めよ。 〔B〕 図3のように, 端子a, b間に固定抵抗 〔Ω〕 を接続し, 金属棒に外部から力 を加えて動かした。 金属棒がx軸の正の向きに速さ 〔m/s] で動いているとき 5 金属棒に流れる電流の大きさ / 〔A〕 と向きを求めよ。 金属棒 抵抗 R 図 1 a >>431.432 b PUBL R+r B 磁場 軸の 正の向き 図3 E よって ひ=- - [m/s] BU (4) 力Fはx軸の正の向きにはたらき(フ レミングの左手の法則), 棒は加速さ れ,”の増加とともにVも増す。エ がEに達すると, ② ③ 式より I=0. F = 0 となり,以後, 速さはひで一定 になる。 ③式で,ひのとき F=0 より Evo Bl=0 〔B〕 (5) 誘導起電力の向きと大きさは〔A〕 と同じなので V= BI [V] 〔A〕,y軸の負の向き

Ⅱ（3）（ウ）ですが、仕事率U=Pe/tではダメなのですか？

実戦 基礎問 86 磁場中を運動する導体棒 ⅡI される。 図のように、水平と角度0の傾角をもつ導体の 平行レールが間隔で固定されており,上端には 起電力Eの電池Eと可変抵抗器がつないである。 長さ 質量mの細い導体棒ab をレールに直角 にのせ, レールに沿って滑って移動できるように なっている。また,磁束密度Bの一様な磁場が鉛直上向きに加えられており、 重力加速度の大きさはg とする。 導体の電気抵抗や導体棒ab とレールとの 間の摩擦力は無視できるものとして、次の問いに答えよ。 fini I. 可変抵抗器の抵抗がある値のとき,導体棒 ab はレール上で静止した。 ab を流れている電流の大きさはいくらか。 II. 可変抵抗器の抵抗をある値にすると導体棒 ab はレールに沿って上昇し, しばらくすると一定の速さになった。 この等速運動について考える。 (1) 導体棒 ab に発生する誘導起電力はどの向きにいくらか。 (2) このときの可変抵抗器の抵抗値 R を求めよ。 (3) 次の物理量を求めよ。 また,これらの間に成り立つ関係式をかけ。 (ア) 電池が供給する電力 PE (イ) 抵抗で発生する単位時間あたりのジュール熱P (ウ)導体棒 ab を上昇させるための仕事率 U 力学的エネルギーの変化、 外力の仕事 → - 電 a 電池の仕事 抵抗で消費される エネルギー 物理 BP ●電磁誘導とエネルギー保存の法則 金属棒の運動による電磁 誘導では,力学的なエネルギーと電気的エネルギーが相互に変 コンデンサーコイルに 蓄えられるエネルギー E (高知大) 青眼点 力学的なエネルギー金属棒やおもりの運動、外力でチェック。 電気的エネルギー閉回路に含まれる素子(電池など

(2)のグラフがなぜ傾きゼロになるのか分かりません

基礎問 87 電磁誘導の法則 AI 1 図のように,直線AB で区切られた右側領域を, 磁束密 度の大きさがBの一様な磁場が紙面の表から裏に向かって 紙面に垂直に貫いている。 紙面上を1辺の長さが1の正方 形のコイル abcd が、 図のように一定の速さでこの領域 へ進入する。 直線ABと辺 ab は平行とする。 また, コイ ルの抵抗はRとする。 辺 ab が直線AB を通過する時刻を t=0 として, 以下の問いに答えよ。 (1) コイルを貫く磁束を,横軸を時刻t としてグラフに示せ。 ただし、磁 束密度の向きを正の向きとする。 (2) コイルに流れる電流Iを, 横軸を時刻としてグラフに示せ。 ただし、 a→b の向きを正とする。 (3) コイルの速度を一定に保つために加える外力Fを,横軸を時刻とし てグラフに示せ。 ただし, コイルの速度の向きを正とする。 (千葉大改) O 物理 B X C

（2）の問題でXを接地することで、金属板X、Yは平行板コンデンサーを構成する、という解釈であってますか?

A ◇96. 〈箔検電器〉 図1のように, 絶縁体の棒をつけた金属板Xと, 箔検電器がある。 箔検 電器の金属板をY, 箔をZとする。 次の文中の ( 内は正しいものを選 択し、内に入れるのに適当なものを、 解答群の中から1つ選べ。 また, (3) 答えよ｡ (1) 初め検電器は帯電しておらず, Zは閉じている。 (a)を正に帯電させてYに近づけると, Z は (ア.開いた・閉じたまま の状態になる。その理由はイである。 標準問題 Z (b)XをYに近づけたまま, Yを指で触れると,Zは (ウ. 開いた・閉じ た)状態になる。その理由は エ である。 (c) Yから指をはなした後に X をYから遠ざけると, Zは(オ.開いた・閉じた)状態にな 図 1 Y る。 X (2)次に検電器を正に帯電させて, Zを開かせておく。 (a) 帯電していないXを, Yの真上からXとYが平行になるようにして近づける。このと Zの開きは (カ.大きくなる・小さくなる)。 (b) その後,Xを指で触れて接地した。 このときの X,Y,Zの電位を, それぞれ Vx, Vy, Vz とすると, その大小関係はキ となる。 (c) Xから指をはなした後に, X を Y から遠ざけた。 このときXに蓄えられている電荷は (ｸ.0・正・負)である。 (3) 図2のように, 金属の板で囲んだ箔検電器に, 帯電した物体を近づける と, 箔の開きはどうなるか。 またその理由も書け。 解答群 ① XはYに接触していないので, XからYへの電荷の移動が起こら ず, 箔には変化が生じないから ② 静電誘導により電子が箔に移動し、 その結果, 負に帯電した箔どう しで斥力がはたらくから ③ 静電誘導により, 電子が金属板に移動し、 その結果, 正に帯電した 箔どうしで斥力がはたらくから 指は絶縁体なので, 指を通しての電荷の出入りはないから 図2 ⑤ 指を通して、箔検電器の外から電子が入ってきて、 箔の電荷が中和されるから ⑥ 指を通して, 箔から検電器の外へ電子が出ていき, 箔の電荷が中和されるから ⑦Vx<Vy<Vz ⑧ Vx=Vy<Vz 10 Vx> Vy> Vz ⑨Vx <Vy=Vz 13 Vx=Vy= Vz ①1Vx=Vy > Vz 12Vx > Vy=Vz [福岡大 改〕

写真は誘導起電力がvblと表されることについての説明なのですが、赤線部に「電子の移動は止む」と書かれていますが、電子の移動が止むということは電流が流れていないことと同じだと思うのですが、 なぜ電子(流)の流れが止むのに、誘導起電力は生じるのですか？電圧がかかっていることと電... 続きを読む

V=vBlのルーツをさぐってみよう。導体棒をvで動かすと,中の自由電 子は P→Qの向きのローレンツ力 evB を受けて移動し(図a), Q端に集ま る。 一方, P端では電子がいなくなって + が顔を出す。 この +, - が P→Qの向きに電場Eをつくり、残りの 自由電子は evBとは逆向きの静電気力 FeEを受ける。電子の移動とともにEが 増し、やがてeE = evBとなって力がつ り合うと,電子の移動は止む(とは言え, アッという間のできごと)。E=vBが電 場の最終値だ。 PQ間の電位差はV=El=vBl で P が高電位側なので図cのような電池に なっている。 図 a 図b 図 C ローレンツ力と要場の2つの力を 受ける P P 高電位 BA eE V evB evB Q 低電位 電流が流れる 電磁力 F=IBU 磁場中で 荷電粒子が動くローレンツカ f=qvB 誘導起電力 V=vBl (いずれも垂直成分が命) 金属棒が動く ちょっと一言 ローレンツ力が電磁力と誘導起電力の原因になっているという認 識も大切。 磁気ではいろいろな量の向きの決め方が登場したが,電流がつくる 磁場は右ねじで,電磁力, ローレンツ力は1つの方法 (たとえば左手) すいしょう で扱える。 誘導起電力は右ねじが推奨法。