重要問題集　物理　71 問題を解く上では必要がないのかもしれませんが、どうしても初期状態でのピストンにかかる力のつり合いが気になります。 自分で立てた式では、 P0S=M0g+P0S となってしまい、M0が0になってしまいます。 そもそも大気圧がかかる面積... 続きを読む

(火) 54 ⑨ 気体分子の運動と状態変化 必解 71. 〈気体の状態変化と熱効率〉 熱機関を利用して上昇, 下降するエレベータの 物体 M [kg] 熱効率を求めよう。 図1のように大気中で鉛直にピストン Mo[kg]- 立てられている底面積 S〔m²〕 の円柱形のシリン ダーに質量 Mo [kg] のなめらかに動くピストンが ついており,中に単原子分子理想気体が封じこめ られている。 図1のようにピストンの可動範囲は ho 〔m〕 からん 〔m〕 までである。 重力加速度の大き さを g[m/s] とする。 初期状態は,気体の温度が外部の温度と同じ h[m] ho〔m〕 初期状態単原子分子 状態 2 理想気体 図 1 To [K], 気体の圧力が大気圧と同じPo [Pa〕, ピストンの高さがん 〔m〕 である。 まずビ ストンの上に質量 M [kg] の物体を乗せ、シリンダー内の気体に熱を与える。 しばらく静止 し続けた後, ピストンが動きだした。 この動きだしたときの状態を状態1とよぶ。 さらに熱し続けるとゆっくりとピストンは上昇し, 高さがん 〔m〕 に達した。 このときの状 態を状態2とよぶ。 状態2になった瞬間に物体をピストンから降ろすとともに熱を与えるの をやめた。ピストンはしばらく静止し続けたが,やがてゆっくりと下降し, 高さがん [m] となったところで静止した。 さらに時間がたつとシリンダー内の気体の温度がT [K] にな ったところで初期状態にもどり,この熱機関はサイクルをなす。 (1)状態1のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (2) 初期状態から状態までに気体に与えられた熱量を求めよ。 [Pa] (3)状態2のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (4)状態1から状態2までに気体に与えられた熱量を求めよ。 (5) 気体の体積をVとするとき,このサイクルのか-V図を図2にかけ。 (6)このサイクルで熱機関が外にした仕事を求めよ。 (7) このサイクルの熱効率を求めよ。 図2 V[m³] (8)M=2Mo, Mo- PoS g h=2h の場合の熱効率の値を求めよ。 [12 弘前大〕 B 応用問題 ◇72. 〈半透膜で仕切られた2種類の気体〉 思考) 図1のようにピストンのついた 2 領域 1

問4の答えが(ニ)なのですが、なぜかわからないので教えて欲しいです！

[3] 以下の問の答を記入せよ。 図1に示すように、屈折率 n(n, 1), 厚み Dの透明な樹脂の一方の面に平坦な金属の 板を接着し, 金属をつけていない方の面に, 屈折率 n の半円柱状のガラスを密着させた。 このときレーザー光線をガラス表面に垂直に, 0点を通るように入射させる。 ガラスと樹脂 の境界面に角度iで入射したレーザー光線は,角度rで屈折した後,光線は金属面で反射し 樹脂と空気の境界面上のP点から角度0で出ていった。空気の屈折率を1として,以下の 問に答えよ。 ガラス N2 樹脂 D N1 図 1 問1 屈折率 n を,n, i, rを用いて表せ。 レーザー光線が0点を通過するようにしたまま, 角度iを大きくしていくと, ちょうど i=icのとき,P点で全反射が起こった。 また,このとき OPの長さはLだった。 JR 問2 屈折率n を, ic を用いて表せ。 問3 屈折率を,LとDを用いて表せ。 問4 ガラスの材質を変えて屈折率n が変化しても,角度を調節することにより,P点 で全反射が起こるようにしたい。 これが可能であるための必要十分条件を、次の(イ)~(ホ) の中から一つ選べ。 (イ) n2 >n1 (口) n < ni (ハ) n2=n1 (二) n2 >1 (ホ) n2 1

この問題で赤丸のような向きになるらしいのですが、 どうしてこの向きになるかわかりません。教えてください

の長さ 0.10mあたりにはたら 例題70 (1) 0=90° (2)=30° (3)0=0° [知識] 517. 平行電流間の力 真空中の同一鉛直面内に, 3本の十分 に長い導線A,B,Cを平行に張り図の向きに, L=I2=5.0A, Is = 3.0Aの電流を流す。 AC間の距離を2.0m, BC間の距離 を1.0m, 真空の透磁率を4×10-7N/A2 とする。 I₁ 13 2.009 10m (1) A,Bの電流が,Cの位置につくる合成磁場の向きと強さ/A 0xC を求めよ。 X21 C B (C) 石 通さ (2) Cの長さ1.0mあたりが, A, Bから受ける力の向きと大きさを求めよ。 例題 71 [知識]

(2)の右ねじの法則の考え方がわからないです。教えて頂きたいです。よろしくお願いします。

120.〈直線電流と円形電流がつくる磁場〉 図1に示すように、互いに直交するx軸, y 軸, z軸をとる。 z軸に平行で無限に長い導線 1と導線2を考える。導線1は原点O(0, 0, 0)を通り, 導線2は点Q(2d, 0, 0) を通る。 導 線1には直線電流Iがz軸の正の向きに、導線2には直線電流Iがz軸の負の向きに流れ ている。ただし,電流の大きさは L<I とする。 導線の周囲の物質の透磁率をμとして, 次の問いに答えよ。 向きについての解答は, 「z軸の正の向き」のように、軸の名称と正負で 答えよ。 (1) 導線1の長さの部分が導線2のつくる磁場から受ける力の大きさFを, I, Iz, μ, d, を用いて表せ。 またその向きを答えよ。 (2)P(d, 0, 0) での磁場の強さを, I, I2, μ, dの中から必要なものを用いて表せ。 ま たその向きを答えよ。 次に図2に示すように, 点R (4d, 0, 0) を中心に半径dの円形コイルを xz 平面内に置き, dos それに電流を流す。 (3)点Rでの磁場の強さが0になったとする。 このときの円形コイルに流れる電流の大きさ Iを, I と Iを用いて表せ。 また, 点S(5d, 0, 0)での電流Iの流れる向きを答えよ。 導線1 導線2 導線1 導線2 11 12 I PQ I2 Q R S 2d 4d 5dx d 2d x 図2

bって、なぜ1/2Nになるんですか？💦

歯車 G M 半透明鏡 S 0 P |d→ 353 フィゾーの光速測定 次の文の( )に適する式を入れよ。 図は,フィゾーの光速測定の装置であり, 光源から出 た光は半透明鏡Sで反射し、 回転している歯車G の歯 と歯のすき間を位置Pで通った後, 鏡Mで反射される。 Gの回転がゆっくりであれば, M からの反射光は再び同 じすき間を通った後, Sを通過して位置 0 で観測される。 I.MG 間の距離を d〔m〕, 光の速さを c[m/s]とすると, ・光源 光が MG間を往復する時間は(a)[s]である。 Ⅱ.Gの歯の数 (およびすき間の数) を N個, Gの回転数をn 〔回/s] とする。位置P に歯のすき間がきたときから, そのすぐとなりの歯が位置Pにくるまでに,Gは b) 回転する。その回転に要する時間は(c)〔s〕である。 Ⅲ. nを徐々に大きくしてno にすると, M からの反射光がGの歯にさえぎられて観 測されなくなる。 このときの no, d, N を用いて, c = (d) [m/s] と表される。

導線が受ける力の向きが分からないです。

144 弟 図 1 310 コイルが磁界から受ける偶力のモーメント 縦a〔m〕, 横b〔m〕 の長方形のコイルを,その面が 磁界の向きと0の角をなすように置き, 図の向きにI [A] の電流を流したとき, 導線の受ける力の向きを 図1に記入せよ。 また、磁界の強さを H[A/m〕 とするとき, コイル が受ける偶力のモーメントはいくらか。 ただし, 真空 の透磁率をμo [N/A2] とする。 N N S S

=は入らないのですか？

332 光の屈折と全反射■ 図のように, 境界面 AB で 物質Aと物質Bが接しており, 境界面 BC で物質Bと物質 Cが接している。 物質 A, B, C の絶対屈折率は, それぞ 物質B れna, n, nc である。 また, すべての物質は透明であり, 境界面ABとBCは無限に広い平行平面である。 単色光 物質 C 物質A -境界面AB -境界面BC が入射角 0A で物質A側から境界面AB に入射するとき, 次の各問いに答えよ。 (1) 境界面 AB における屈折角を0B とする。 OA, OB, NA, NB の間に成立する関係式を示せ。 (2) 入射した光が境界面BC に到達する条件を, 0, NA, NB を用いて示せ。 (3) 入射した光が境界面 BC で全反射する条件を, 0, NA, NB, nc を用いて示せ。 [弘前大改] 例題62,340

(3)はなぜこのような答えになるのですか？

基本例題 63 凸レンズによる像 焦点距離 20cmの凸レンズの前方30cmの位置 に大きさ15cmの物体を図のように置いた。 (1) 物体の像を作図により求めよ。 (2) 像の位置, 大きさ, 種類を求めよ。 (3)物体を 1.0cm 下に動かすと,像はどちら向きに 何cm 移動するか。 -20 cm (4) 凸レンズの下半分を黒い紙でおおうと, 物体の像はどのように変化するか。 130cm 図a (2) 写像公式より 1, 1 ·+· 30 b 20 指針 (1) 光軸に平行な光,焦点を通る光, レンズの中心を通る光のいずれかを利用する。 60 であるから, 凸レンズの後方に倒立 解答 (1) ① 光軸に平行な光,②前方の焦点を 実像ができる。 また 通る光, ③レンズの中心を通る光を かいて求める。 図 a b 160 |=2.0 30 より, 倍率は 2.0 倍である。 レンズの後方 60cm に大きさ30cmの倒 立実像。 (3) 倍率 2.0倍の倒立実像であるから, 像は 体と反対向きに 2.0倍, つまり上に 2.0cm 移動する。 (4) レンズの下半分は光が透過しなくなるか 上半分を通った光によって像は形成さ 【 →334,336,337 解説動画 - 20 cm よってb=60cm 30cm ロドロ F' る。ただし,像を形成する光の量は減 するため, 像全体は暗くなる。

この問題のイはなぜ⊿yに1／2がついているのですか？等加速度運動の式だとついていないのが正解のように思えます

次の文章を読んで, れの解答欄に記入せよ。 なお, に適した式を問1、問2では,指示に従って解答を で与えられたものと同じ式を表す。た はすでに だし,以下では,弦が受ける重力は無視できるものとする。 必要であれば、以下の関係式を使 ってもよい。 01 のとき sin0≒0≒ tan 0 7 x 関数y=sin(ax+b) の傾きは xの関数 y=cos (ax+b) の傾きは =-asin(ax+b)(a,b: 定数) Ay Ax sin(a+β)+sin(a-β)=2sinacos β, sin (a+β)-sin(α-β)=2cos a sin β T (1) 図1のように,一定の大きさTの力で水平に張られた線密度(単位長さ当たりの質量)p の十分に長い弦を伝わる横波について考える。 図2のように, 微小時間 At の間に,波が 水平方向に微小な長さ x だけ進むとき, 弦を伝わる波の速さvv=ア と表される。 この間に、波の右端付近では, 長さ x の部分(以下ではこの部分をXとする) が波の進行 とともにわずかに持ち上げられる (変位する)。 微小時間 At の間, X は張力のみを受けて, 運動するとみなせる。 X の鉛直方向の運動を初速度 0, 加速度の大きさαの等加速度運動と 近似すると,Xの重心の変位の大きさ 1/24y , Ata のみを用いて, 1/1/24y=イ]と 表される。さらに, 長さ x の部分 X が受ける力の鉛直成分は,張力 T の鉛直成分 Tyの みであるから,運動方程式より,aは,p, Ax および T, を用いてa=ウと表される。 加えて,弦が水平となす角度が十分小さいとき, Ty=x Ayr と書くことができるので,”は To のみを使ってv= エ と表すことができる。 of T Ay Ax V Ty =acos(ax+b)(a,b: 定数) 図1 4x 4y T T

【光の屈折】 ①これの臨界角i とはどこのことですか？ 角rの違いと分かりません。 ②CA面への入射角が60度だから全反射起こる理由も分かりません。 ③そして2枚目の続き写真なんですけど、どっちに屈折するのかどうやってわかるんですか？

例題20 光線の経路 空気中に屈折率が、2の透明な物質でできているプリズ ム ABCがある。 このプリズムのAB面に垂直に入射した 光線の経路を作図せよ。 ただし, AB面で反射した光や プリズム内で2回以上反射した光は考えなくてよい。 ●)センサー852回目はん 屈折の法則 sin i N₂ sin r n1 n : 物質 2 : 物質 臨界角 2 sin io=112 = n12 8 第Ⅲ部 波 の絶対屈折率 の絶対屈折率 N₂ √√2-sini 3.0 x 10+ 3.0 x 10° ■解答 屈折率 n =√2より 臨界角を 求めると. 大きい小さい 全反射 Sikz sin 30° 277 278 279 280 282 283 A 160° sin i = よって, i = 45° CA面への入射角が60°(>i) だから、 全反射が起こる。 BC面で屈折の法則より ゆえに, sinr= 1 √2 A 15.0×10°[m] B 60 ( 1 Sin sin √2h よって, r=45° なので、上図のような経路となる。 13 30% 30°p 30° -30° STOP