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物理 高校生

106(オ)がわからないです

(2)図の最初の状態にもどる。すなわち,各スイッチは開いており、 (4)各コンデンサーの耐電圧(耐えられる電圧の限界)がすべて 45Vであるとき,合成コンデ C, Dの電位はそれぞれ Va=V(V), Va=Dオコ×V[V). [V/m]である。導体板 A, B, C, D間に蓄積されている静電エ 図1のように、十分に広い面積Sをもった平行板コンデンサーにおいて, 左側の極板Aは この状態でスイッチ S.のみを閉じた。このとき, 専体板A, B, どの導体板にも電荷は蓄えられていない。次の2つの操作後の結果を比較しよう。 d(m)、2d (m), 3d[m) とする。ここで, dは導体板の辺の長さ aと比較して十分小さいと する。国中のS,Sa. Siはスイッチを表している。 電源Vは電圧「V[V) の直流電源であり。 操作a):スイッチ S」を閉じ,しばらくしてスイッチ S,を開く。 それからスイッチS.を る文章を解答群から選べ。ただし、 数式は C, V、 dのうち必要なものを用いて答えよ。 2つの導体板 A, Bを平行板コンデンサーとみなしたときの電気容量を CIF) とする。 導体板Dは電源の負極とともに接地されている(接地点の電位を基準V とする。 また。 84 コンデンサー 85 標準間■ A つり最初の状態ではどの事体数にも電荷は書えられていたい。 °104.(コンデンサーの合成容量) 6.0Vの直流電源Eと,電気容量がそれぞれ 3.0μF, 1.5μF, 2,0μF, 2.0μFの4つのコンデンサー Ci, Ca, Cs, C4を図のように 接続し、十分に時間を経過させた。各コンデンサーは,接続する前 は電荷をもっていなかったものとして,次の問いに答えよ。 (1) 4つのコンデンサーの合成容量 C [uF] を求めよ。 (2)各コンデンサーに加わる電圧 Vi. Vz, Vs, Va [V), および蓄えら れた電気量Q,Q, Q, Q [C] を求めよ。 (3) 各コンデンサーに蓄えられた静電エネルギーの合計び [J] を求めよ。 C C。 S」 し ×V (VJ, Vo=UV である。導体板BとCの向かい合 C。 れらの間の空間に発生する電場は図で右向き, その強きは AB C E ネルギーの合計はオ|×CV2[J] である。 通体所の間属は拡大して かいてある ンサーとしての耐電圧 Vimax (V] を求めよ。 105.(ばね付きコンデンサー) (10 群馬大) 閉じる。 固定されているが、右側の極板Bは壁に固定されているばね (ばね定数k)につながカて。 て、Aに平行なまま動くことができる。極板が帯電していないとき, ばねは自然の長さのい 態にあり,極板間の距離はdであった。次に,図2のように,極板Aに正, 極板Bに自の筆 荷を徐々に帯電させるとばねは徐々に伸び,最終的に極板Aに +Q, 極板Bに -Qの雷益た 帯電させたところ, ばねの伸びが 4d (Ad <d), 極板問距離がd-ddとなったところでつり あった。真空の誘電率を Eo, 空気の比誘電率を1とする。また, ばねおよび壁の帯電, 重力 の影響はないものとする。次の問いに答えよ。ただし, (2)~~(5)は, Eo, d, k, Q, Sの中から 必要なものを用いて解答せよ。 (1) 電気力線のようすを図3に矢印で表せ。 極板間の電場の強さEを求めよ。 極板Bにはたらく電気的な力Fを求めよ。 (4) dd を求めよ。 (5) 極板間の電位差Vを求めよ。 ここで、極板Bを固定し、極板Aに +Q. 極板Bに -Qの電荷 を帯電させたまま、極板間に、比誘電率2の誘電体を図4のよう にゆっくりと差しこんだ。 6 このときの電気力線のようすを図4に矢印で表せ。 (7) Bにはたらく電気的な力は,(3)と比べてどうなるか。 を開く。 初めに操作(a)による結果を考察する。操作終了後,導体板CとDの間の電場の強さは 一カ(V/m] であり,導体板Aの電位は Via=Lキ ×V(V) である。このとき、毒体 新間全体に蓄積された静電エネルギーは,(1)のエネルギーの値オ×CV?[J) の ク]番 である。 一方,操作(b)の場合, 操作終了後に導体板AとBの同に発生する電場の強さはケ (V/m] であり, 導体板Aに蓄えられた電気量は Q=D■コ C) である。 また、事体板 A Bの電位はそれぞれ VAb= サ×1/[V), Vias=■シ×1/(V) となる。この場合、毒 体板間全体に蓄積された静電エネルギーは, (1)のエネルギーの値閉×CV*(J]の ス] 倍である。 したがって、2つの操作後の結果を比較すると次のようなことがわかる。 スイッチS。 を閉じると導体板 B, C間に発生していた電場が消失するので, スイッチを開じた直後。 その分の静電エネルギーが減少する。このとき、 セ」ということがいえる。 (2)の(b)の操作後,しばらくしてスイッチS:を開き、それからスイッチS,を開じた。この とき,導体板Cの電位は V%=[ ソ×1/[V] で, 導体板BとDに蓄えられている電気量 (絶対値)はそれぞれタ×0,[C). 「 チ]×Q&(C) となる。ここで、 &はこのコ(C である。 |セの解答群 3- d-dd- B A B otinl Foom P00000 +Q-91 図1 図2 -Q +Q 図3 +Q *106.(4枚の導体板によるコンデンサー回路) (15 広島市大 改) 図4 (a), (b)で等しくなる 間の静電エネルギーに加算される (14 東京理大改) s」a 51

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物理 高校生

定期テストで、この物理の問題が出題されました。 解説はありませんでした テスト中はほぼ分かりませんでした 解き直しで、途中まで、手探りでやって見ました 見てろらえるとありがたいです

図のように,下端を床に固定したばね定数kの軽いばねの上 端に質量mの薄い板がとりつけられている。鉛直上向きにy軸 *をとり,板のつり合いの位置を原点とする。時刻0で, 質量m の小球が板の真上y=hから, 初速度dで自由落下を始める。同 時に,つり合いの位置y=0にある板に鉛直下方向の初速度を与 え,周期Tの単振動を開始させる。その後の運動の間, 板は水 小球 h stor Yey 平を保ち,床と接触することはないとする。 時刻-Tのときに 0+ 小球と板が初めて弾性衝突する(1回目の衝突)。重力加速度の大 きさをgとする。 床 板に衝突直前の小球の速さを求めなさい。 2ッh 問2~小球衝突直後の板の速さを求めなさい。 問3衝突後、板は新たな単振動を始めるが, 振動の周期は変わらない。その周期を求めな さ し+年M =Mu い。 一問4新たな単振動の振幅を求めなさい。 問5 時刻Tに2回目の衝突が起きる。 時刻0 で板に与えた初速度の大きさをg, hを用い て求めなさい。 mレ =限t 問6 1回目の衝突後に小球の上がる高さを求めなさい。 んみ吸=K 次に、粘性の強い小球で実験を行った。 板の真上 y=hから, つり合いの位置に静止する板へ質量 mの小球を初速度 0 で自由落下 させた。小球と板は一体となって単振動を開始した。 問7 小球と板の最も下がる位置yを求めなさい。 00 令和3年度1学期期末試験 3年.doc 2/4

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物理 高校生

こうゆう物理の問題で、答えは4.00って書いてあるけど、4とか4.0って書いても○ですか?

…8 例題 5 自由落下 →基本問題 35.36 うる高さから小球を静かに落下させると、3.0s後に水面に達した。重力加速度の大きさを9.8m/s° とする。 水面から小球を落下させた位置までの高さは何mか。 小球が水面に落下する直前の速さは何m/sか。 向には等速口 動である。 れた物体の、 とDxlm/s)と 「指針「静かに」とは,初速度を与え ないようにという意味である。自由落下 o--Os o g=9.8m/s、t=3.0s なので、 44 m v=号×9.8×3.0°=44.1m の公式を利用する。 「解説(1)落下させた位置を原点 とし,鉛直下向きを正とするy軸をと る。3.0s間に落下した距離が, 求める 高さである。これをy[m] として, y=→gt? を用いる。 動 自由落下を始めてから3.0s後の速さが,求める速 さである。これをv[m/s] とすると,ひ=gt において、 g=9.8m/s°, t=3.0s なので、 ひ=9.8×3.0=29.4m/s 3.0s 寺刻t ひ。 29m/s →基本問題 37 ひ 鉛直投げおろし 例題6 高さ9.8mのビルの屋上から,ある速さで小球を鉛直下向きに投げおろすと, 1.0s後に地面に達した。重力加 速度の大きさを9.8m/s° として, 次の各間に答えよ。 の 小球を投げおろした速さは何 m/sか。 小球が地面に達する直前の速さは何 m/s か。 「指針 投げおろした位置を原点とし、 鉛直下向きを正とするy軸をとって鉛直 投げおろしの公式を利用する。 |解説(T)投げおろした速さを。 [m/s)として,y=Uot+ gt? を用いる。y=9.8m, t=1.0s, g=9.8m/s° なので、 V。=4.9m/s o-O% 9.8=v。×1.0+×9.8×1.0° 速直線 ある。 ここ投射 2 (2) 求める速さを»[m/s] として,v=vo+gt を用いる。 V。=4.9m/s, t=1.0s なので、 リ=4.9+9.8×1.0=14.7m/s olu 9.8m 二位置 15msでをQ →基本問 例題 7 鉛直投げ上げ 地面から,鉛直上向きに速さ19.6m/s)で小球を投げ上げた。重力加速度の大きさを9.80m/s°とする。 ) 投げ上げてから, 最高点に達するまでの時間は何'sか。また, 最高点の高さは地面から何mか。 (2) 投げ上げてから, 再び地面に落下するまでの時間は何 sか。また, 落下す”古前の速さは何 m/s か。 2.0でも○? で、 「指針投げ上げた位置を原点とし, 鉛直上向きを正とするy軸をとって, 鉛 直投げ上げの公式を利用する。 |解説 0となる。求める時間をち[s]とする と,v= Vo-gtにおいて, v=0m/s, 6=19.6m/s, g=9.80m/s", t=t,な. ので, 0=19.6-9.80×。 最高点 0=19.6×tz-×9.80× 12 2 速さ0 4.00s t(tュ-4)=0 (ち=0 は投げ上げたときであり,解答に適さない) 求める速さ[m/s]は, ひ=vo-gtにおいて, vo=19.6 t=0, 4.00 (1) 最高点で小球の速さは m/s, g=9.80m/s°, t=4.00sなので, ひ=19.6-9.80×4.00 19.6m/s OFO|19.6m/s ひ=-19.6m/s ;=2.00s (ひの負の符号は鉛直下向きであることを意味する) 最高点の高さy [m]は, y=vot- gt?において, 0=19.6m/s, t3t;=2.00s, g=9.80m/s° から, ソ=19.6m Advice 鉛直投げ上げの運動は, 最高点を前後に対称 である。投げ上げてから最高点に達するまでの時間と、 最 点から地面に落下するまでの時間は等しい。 また、 投げ 上げる速さと落下する直前の速さは等しい。 ソ=19.6×2.00ー×9.80×2.00° 2 (2) 求める時間をな[s]とすると, y=vot- 9tにお いて, y=0m, vo=19.6m/s, t=tz, g=9.80m/s°なの 3.落下運動 15 一歯

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