この図でNsignθが向心力になる理由を教えてください

2024年度 外部試験利用 物理 96 T さく無視できる。 図のように、車が線分 00' から角度0 ( 199 ED O<< の位置にある円周上を 2 水平面上に固定された半径の半球の内側を走行する車を考えよう。 走行面は点で 走行面を直上方から見た図である。 車の質量はmで大きさは半球の半径と比べてじゅうぶんん としている。 図1は走行面を点Oと半球の中心O' を含む鉛直面で切った断面図である。 している場合を考え、この円周を角度0のレーンと呼ぶことにする。 以下では、一定の速さを 保ちながら一定の角度0のレーンを走行できる条件について考える。 重力加速度の大きさをまと する。 次の間に答えよ。 まず,走行面と車の間に摩擦が働かず, 一定の角度のレーンを走り (イ) 車が走行面より受ける垂直抗力の大きさ N をm, 9, 0 を用いて表せ。 (口) cosb を,,eを用いて表せ。 られる場合を考える 次に、車の進行方向に対して垂直に摩擦力が働く場合を考えよう。 車を進行方向に対して と書くことができる。Fの大きさと横すべり摩擦力の大きさの最大値が等しくなる0は1つ に横すべりさせようとする力は, 重力と遠心力のうち図1の半球の接線方向を向いた力の合力 きの力であり、車の横すべりを防ぐ。 横すべり摩擦力の大きさの最大値はμを正の定数としてい である。 この力Fに対して 「横すべり摩擦力」 が働く。 横すべり摩擦力はFと同じ大きさで は2つ存在する。 このような日が2つある場合のそれぞれを 01, 02 とし, 01 < 00 < 02を満たす とする。 (ハ) 01, 02 に関して成り立つ以下の式の 1 から 4 には + またはの記号が入る。その を答えよ。 v2 gr sin by (tan 01 1F) 2μtan Or 以下では、様々なぁの値を考慮した場合を考える。 v2 gr sin 02 (tan 0.23 ) 14 14 μtan02 (二) 車の速さ”が大きくなるほど01 は大きくなるが, tan 01 はある値以上の大きさになること ○はない。この値をμを用いて表せ。 述) 工学院大 (木) (^) 「3図のように, 滑らかに動くピス モルの理想気体を封入した。 大気圧 車の速さが小さくなるほど 02 は小さくなるが, tan A2 はある値未満の大きさになること 朱神 はない。 この値をμ を用いて表せ。 (へ)どのようなぁでも横すべりしないようなのが存在するためのμの条件を不等式で表せ。 O' mi 温度T)の状態でつりあいの状態 がPになるまでゆっくりピスト さらに、ピストンに加えた 絶対温度になった状態 C- 力を減少 圧力が最初 気体の定圧モル比熱を Cp, CRから必要なものを用し 解答欄には横軸を体積 が一定であるような状態 (状態B, 状態 Cぉ。 切な位置に P2 を言 (状態Aから状態 き、変化する向 (i) 状態 Aから状態 ある部分の面積 〔解答欄 〕 圧力 P2 P ロ) 状態Bから状 ハ) 状態Bからも 二) 状態 A から ホ) 状態 Cから 水平面 2r 2T 図1 図2

物理の有効数字についての質問です 力の分野の時は、有効数字について理解できていたと思っていたのですが、波の範囲に入ってから有効数字がよくわからなくなってしまいました。 有効数字のきまりを教えてくれると嬉しいです 例を挙げると222の（2）です

動 22. 気柱の共鳴 答 (1) 入 = 1.36m, f = 2.50×10Hz (2) 管内: 0.675m, 管外: 5×10-3m (3) 解説を参照 常波ができる。ピストンがjの位置にあるときに基本振動,kの位置に あるときに3倍振動がおこっている。 開口端補正があるので、波長は2 つの測定値の差から求める。 また, 管内の定常波において、節の部分は、 空気が動いておらず, 密度変化が最大の位置である。腹の部分は、空気 が激しく動いているが,密度変化がほとんどない位置である。 あう節と節の間隔は入/2であるから, 位置にあるとき, 定常波は図1のように示される。 隣り 解説 (1) 音波の波長を とする。 ピストンがj,k の 1=101.5-33.5 入=136cm=1.36m 2 4 33.5cm 振動数は, 「V=fa」の公式から. -2- f= V 340 入 1.36 =2.50×102Hz & a\m0.15000 腹 腹 32\m0.1-0.1-0.5- (2)【管内】 定常波の隣りあう節と腹の間隔は 入/4である。 図1において,管口iから管内の腹までの距離は、 l=33.5+ - =33.5+ - 4 136 4 =67.5cm=0.675m 【管外】管口付近の腹は,管口よりも少し外側にある。 求める距離を 4 とすると, 01=4- 入 -33.5 = 136 4 -33.5=0.5cm=5×10 m (3) ピストンがkの位置にあるとき, 定常波の各点にお ける変位は,縦波にもどすと図2のように示される。 j の位置は定常波の節の部分であり,媒質である空気は動 j -101.5cm 図 1 管内の腹までの距離 求めている。 管外の腹 はないので注意する。 ●管口から管の少し外 にできる腹までの距離が 開口端補正である。 疎

高一物理の問題です。（カ）を求める時力学的エネルギーE＝Woutとなるのはどうしてですか。

イ Jの仕事をし、低温側の熱源に ある熱機関の熱効率が 0.40 であった。 この熱機関が高温側の熱源から受け取る熱量が 140000Jであるとき、この熱機関は ウ Jの熱量を放出す る必要がある。この熱機関は低温側の熱源として冷却水 5.0kg を 10℃の温度で取りこむとする。 低温側の熱源に放出した熱量のうち30%が冷却水に吸収されたとすると、冷却水は エ Cに なる。この熱機関によって得られた仕事を用いて、水平で摩擦のない平面上に静止していた質 量1.6kgの物体を、 水平面上で速さ20m/sまで加速した。 この物体が得た力学的エネルギー は オ Jである。 この仕事を行うためには、 熱機関に高温側の熱源から カ Jの熱量を与え る必要がある。

H=hとなるのは何故ですか?私は(5)の答えでhと書いてあるところをHと書いてしまいました。これは間違いですか？そもそもこれはH=hとはなりませんか？教えてください。

4 滑らかな水平面の点Aの真上, 高さん の点Bから,小球を初速v で水平方向に 投げ出した。 小球は水平面の点Cではね 返り,次に落下した点をDとする。ここ で,小球と水平面との反発係数(はね返り 係数) をe とする。 重力加速度をg とし, B Vo A C D

・物理 この問題の状況が全くわからないのですが、どういう状況ですか？ 物体MがCの上に乗っている時は摩擦力だけでどうやって運動するのでしょうか？ それぞれのときにMがどっち向きに動いているのかだけでも教えて欲しいです、よろしくお願いします🙏

h Migt,² + L≤ h h = 1 μigt₁² (1+1) 同期のように、さされた水平のに、オイルその 静止している。Mを自から話すことなくCを一定温度で水平に引き抜くされ 考える。 台の端をx=0とする。 Mは転がることなくx軸方向に動くものとする。 Mの質量をm Cは均一で縮せず。その厚さは無視できる。 図のようにとを引く向きに軸をとり MとCとの動摩擦係数をIMと台との動摩擦係数を。 重力加速度の大きさをりと る。空気抵抗は無視できるものとして、以下の (ア)~(ク)に適切な式を入れ ■ の中に物理量が指定されている場合は,その中から必要なもの よ。 ただし、 を用いて答えよ。 平木 +xC + E 0 M 定速度 C Cを引く前, Mの位置はx=-h (h>0) であった。 時刻 t = 0からCを一定速度 ”(> 0)で引いたところ,MはC上をすべりながら加速し、時刻でCの端Eに追い越 された。その後,Mは台上をすべりながら減速し、時刻(左)で,ちょうどx=0の 面平水 位置に静止した。 加速中 (0 <t < t) のMの加速度をαとすると,Mの運動方程式は(ア この間、MはCの上をすべり続けているので,t=t における Mの速度 イ に対して である。 g, t1, M ……① (イ) <ひ の関係が成り立つ。また,t=tでのMの位置を考えると,Mが加速中に台から飛び出 さないことから (ウ) g, t1, μ ≦h の関係が成り立つことがわかる。 一方,減速中 (t< t < t) にMが受ける摩擦力の大きさは(エ) である。 したが って、減速中の時刻tにおけるMの速度は(オ)となる。 時刻でMが静止したこ とから=カt1, P-1, P2 となる。 減速をはじめてから時刻までにMが動い た距離は キ g, 1, 1,μ2 である。 Mがx=0の位置で静止したのでh= ((ク) g, t1, μ1, μ2 の関係が成り立つ。

電磁気の問題で、問2がわかりません… 磁場の向きは左で、コイルの電流は右なのでフレミング使えない…？？

物理 となる。おもりが静止しているので、力のつりあいから、おもり個の重さは に等しく、 "'Nとなる。 実験では、希につけた印の位置を利用してんを求める。 また、周期はゴ み栓が数十回転する時間をストップウォッチで測り、その時間を回転した回数で 割って求める。 実際の値は, 2-5に示した のように分布する。 図2-4のグラフは、開定された各周期の平均値から得られた値を示したもので ある。 各測定値には差があるので、 測定を複数回行い平均する必要がある。 L[m] L' (m) 0.20 0.40 0.60 0.040 0.160 0,360 W (個) 20 9 4 L2N (m²) 1.44 1,44 1.44 分子の運動エネルギーので U-NK NXT NRT 容器の内面に弾性をするものとして、圧力は、 から受ける単位時間あたりの力を容器の内面 る。 7 正解 ①③(順不同) 本の分子の運動エネルギーの平均値下 ANA 1.8- ANA 10 14 1 1.6 LA [12] (°) 0.8 GA 0.24g 0.4 0.4 することがわかる。 図2-8は、 をとっ 0.2 [補足] とは独立した量であるが、NとLをうまく組み合わせることにより、 Sがに依存する場合について考察することができる。 表1に示したとNの 組み合わせについては 反比例する。 距離の2乗に反比例する力の例として、万有引力がある。 太陽からはたらく万 有引力による惑星の運動では、ケプラーの法則が成り立つ。 星の運動を等 円運動とするなら、 公転周期の2乗は円の半径の3乗に比例する。 この実験では8がに反比例すると、 速度は、 mが小さいほどは大きい。 は、 物理 20.21 N-30 0.2- 0.2 04 0.6 08 n 0.4 0.6 0.8 (m) (mm) 24 図2-5 たグラフである。 直線グラフで示されている。 N9の測定値は、 のものであるから、0.40㎡を用いて計算すると、 9, 36の場合 が,N4, 0.16 0.12. 0.40mm) N-30 0.08 (0.40m) 封入した気体の質量 Nm が小さいほどは> 問4 14 15 正解 ④(順不同) おもり1個の質量をmとする。 おもりの個数がNの 73 0.40 -0.16m³/s² 0.04 となる。 00204 0.6 0.8 1 1.2 14 16 7 (6) 12-8 おもりにはたらく 力のつりあいにより、張力の大きさは 8 Nmig である。式により、 4'mNmig animhx mg となる。 コイルを流れる このを、次の①~ T- に比例するので、"をとると、その関係を表すグ ラフは直線になる(図2-6)。 また、丸の周辺の平方根をとると、 An'mk 図2-6 となりに比例する。 よって をとると、その N √N 関係を表すグラフも直線になる (12-7)。 適当である。 5 16 正解 L、N, およびNNのをまとめると、次ページの表のよ これより、L'N=1.44m² となり、 反比例することがわかる。 また、8Nに比例するので、はに反比例する。を定数として をさせる力 転をさせる力 転をさせる力 ■をさせる力 とする。 ③より。 物理 における これらの大小 4x'm となる。 は定であるから、はに比例する。 問2 18 正解 ② 円形コイルに流れる電流の大きさを。とする。 3-2のようにこの きは円形コイルの接線方向、 時計回りの向きである。 円形コイルの点Bの微小部分を流れる電流が場から受ける力の向きは、フレ ミングの左手の法則により、直にからの向きである。 同様に3-2 のACより上側の部分に流れる電流が磁場から受ける力の向きは、全て垂直に 表から裏の向きである。 一方、円形コイルの点Dの微小部分を流れる電流が磁場から受ける力の向きは、 フレミングの左手の法則により、面に裏から表の向きである。同様に、 3-2のACより下側の部分に流れる電流が磁場から受ける力の向きは、全て祇園 垂直に裏から表の向きである。これらの力の合力は、円形コイルをACを回転 して、Dが表側に移動するような回転をさせる力となる。 3 19 正解 ④ 20 正解 6 十分に長いソレノイド(巻きNのコイル) の内部に生じる磁束密度の大き をBとすると、 B である(図3-3)。 ソレノイドの内部では磁束密度は一様であるので、 コイル1巻 を貫く は、 ポイント 円運動 運動の半角度の大きさをとして 物体の質量を向心力の大きさをとして 運動方程式の中心方向成分P または F 第3問 電磁気 がつくる磁場。 電流が磁場から受ける力, コイルの自己誘導について 電磁 気の法則の理解と運用力をみる問題。 27 0 1 17 正解 直線電流がつくる磁場の向きは、有ねじの法則によって決まる。つまり、電 向きを右ねじが進む向きとしたとき、磁場の向きは右ねじが回る向きである。 直線 電 から距離の点においては、その場の強さは、 HA ギーとは、 単位 「条件により、 これより、 から低いエネルギーと、 放出される光の光子のエネルギー も短い。その波長をとすると、 bd 電流 となる。 3-1に 場の向きは、力 !がつくるのを示す。 10- の接線方向右ねじがまわる向きである。 図3-1 01 < 2 のとき V₁-11-10 ※2fp < Agのとき V20 4 8g のとき 6- 図3-2 となり、それぞれ, 2 これらの大小関係はVV における自己誘導起電力の大きさである。 よって V」である。 421 正解 ② 22 正解 0.23 正解 ① スイッチSを閉じた直後はコイルを流れる電流は0であるから, 回路 に流れる電流は、図 3-5 のようになる。このとき、キルヒホッフの第 2法則により電流を求めると Ri+n=Vo Vo i = R + T 図3-5 図3-3 となる。 コイルに生じる自己誘導起電力の大きさ V は, 抵抗にかかる電 圧に等しいので、 RiERVo

物理の波動の虚構源についてで、参考書にこのように書いてあるのですが、(2枚目の写真は1枚目の写真の中で書いてある図2の写真です)いまいち何が言いたいのかわからず、今虚構源の時は、公式のaにマイナスを付けるとただ覚えてしまっているのですが、これで良いでしょうか？

High αが負となる, 後方の光源とは,図2, 図3で 光を逆行させた場合にあたる (「物体」 は 「実像」 に変わる)。これは2枚のレンズを用いるときに 起こる。 右図の点線の位置に2枚目のレンズを入 れると,図のαは負として扱う。 F a

2枚目の写真に書いてある問題についてなのですが、解答は相対速度を使って何をしているのかよくわからないです。教えてください。

56 力学 18 18 保存則 57 滑らかで水平な床に,質量 Mの箱が置かれ、中央の位置 で質量mの小球Pが長さの 糸でつり下げられている。 重 力加速度をg とする。 P m M A I図の静止状態で, Pだけに水平右向きに初速vo を与える。 (IPが最高点に達したときの箱の速さを求めよ。ただし,Pは箱 には衝突しないものとする。 (2)そのとき糸が鉛直方向となす角を0 として, cos O を求めよ。 II. 糸が鉛直方向と角をなす位置AまでPを移し, 全体が静止した 状態でPを静かに放す。 SPが最下点に達したときのPと箱の速さをそれぞれ求めよ。 (2)摩擦がないので、力学的エネルギー保存則が成り立つ。P は I-lcos bo だけ高い位置にきたから 1/12mus²=1/23mv+1/2M+mg(1-lcos 0。) (1)のv1 を代入して cos を求めると Mv2 難しいこと考えないでこれで+Migl (3)運動量保存則より,水平方向の全運動量 0なので、Pが左へ動けば箱は右へ動く。 最下点での速さをv, Vとすると ......① mv = MV 力学的エネルギー保存則より mg(1-1cos9)=1/23 2 P そのとき、箱ははじめの位置からどれだけ動いているか。 (東工大+京都大 ) ①②より v= V 5mv2 + 1/12 MV2 /2Mgl (1-cos 0) m+M V = m√ (4) 水平方向には全体の重心Gは動かない。 箱の 重心をMとする。 2つの質点の重心は,質点間 質量の逆比で内分する点である。 初めのMと Pの水平方向の距離 sin0 に着目すれば, 箱 2gl(1-cos 0) M(m + M) I sin A 糸 MW iM Level (1)~(3)(4)★★ Point & Hint (1)~(3) 最高点の扱い方や保存則の適用など, 前問17と同様。 (4) 運動量が保存されるとき、重心の速度は一定となる (エッセンス (上) p66 ここでは、はじめ静止しているので、重心の位置は水平方向には動 かないことになる。 運動量保存則から両者の移動距離の比が一定になること に注目してもよい。 LECTURE (1)Pが最高点に達したとき,Pと箱の速度 U は等しくなっている。 水平方向には外力 がなく、運動量保存則が成り立つので mv=mvi+Mv1 ..ひ= m m+MU 止まった V₁ V₁ P A が動いた距離 Dは m D= lsin 0 MP m+M 別解 初めのMの位置を原点として水平右向き にx軸をとり、重心の公式を用いて解いてもよ い。 重心の座標はDだから 糸 M OP D= mlsin0+M× 0 m+M 別解 ①より V=Mつまり,両者の速さの 比は常に一定。そこで,動いた距離の比も同 じく, //= M となるはず。 D m 一方, 図より line = D+d これら2式よりDを求めることもできる。

(5)の問題で、aを負として扱っているのですが、どのようにこの解答では考えているのかが全然分からないです。教えて頂きたいですm(_ _)m

72 レンズ 容器の底に小さな光源を入れ,光源の真上 10cmの高さのところに, 焦点距離 8cmの薄 い凸レンズL1を水平に置く。 L1 光源の像はLの上方または下方何cm にできるか。 その像は実像か虚像か。 また, 像の大きさは光源の大きさの何倍か。 容器 Lの高さを変え、しかも実像が(1)の場合 と同じ位置にできるようにするには, L」 を 上下どちらへ何cm 動かせばよいか。 F 2cm 光源 110cm 次に, L」 を最初の位置に固定する。 容器に 透明な液体を4cmの深さまで入れたところ, 光源の実像がL1の上 72cmのところにできた。 (3)この液体の屈折率はいくらか。 次に,液体を取り除き, 焦点距離 12cm の薄い凸レンズL2をL1の 上方に光軸を合わせて置いた。 (4) L1,L2 による光源の像がL2の下方 24cmの位置で虚像となるた めには,L2 を L1 から何cm 離せばよいか。 また,その像の大きさは 光源の大きさの何倍か。 最後に, L2 のかわりに焦点距離 12cmの薄い凹レンズ L を L1の上 方30cm に光軸を合わせて置いた。 (5) L1,L3 による像はL3の上方または下方何cmにできるか。 また, その像は実像か虚像か。 (熊本大+東京電機大)

浮力について、このvは水に浸かっている物体の体積と捉えて良いのでしょうか？

水中の物体が受ける浮力の大きさ FIN」は次の式で表される。 浮力 F = pVg 浮力 F (59) 水 (密度) 体積V F〔N〕 浮力の大きさ 体積V [kg/m³] 水 (流体)の密度 V[m²) g [m/s2] 物体が排除した水 (流体)の体積 (volume) 重力加速度 (gravitational acceleration) の大きさ 物体が排除した 水の重さ PVg 大気圧po 浮力の大きさは物体自身の密度とは 無関係であることに注意。 圧力 pot phig h₁ 水 h2 ↓F (密度p) h F2 (h=h₂-h₁) — 底面積 S 図68 浮力の式の説明 図のような、水中にある 体を考える。物体の側面が水から受ける力はつり ている。物体の上面が受ける力の大きさ F,[N]と が受ける力の大きさ F2 [N] の差が浮力 F〔N〕となる F=F2-F =(po+phzg)S-(po+phig)S 体積V=Sh 圧力 pophag = = phgS= pVg Op.88 p′'=potphg