この問題の⑶について質問です｡解説を見ると，Q についての計算があったのですが，Sを開いたままなので，Qは変わらないのではないかと思いました｡何でQについて計算しないといけないんですか？

20 コンデンサー 71 20 コンデンサー 3枚の同形の極板L, M, N を平行に並べ、図 のように起電力 Vの2個の電池をつなぐ。極 板L,Nは間隔 2αを保って固定してあり, M はL,Nと平行を保って移動できる。 LとNの中央を原点としてx軸をとり, M の位置座標をx (-a<x<α) とする。 まず, 極板 M をx=0に置き スイッチSを 閉じる。このときのLM間および MN間の電 気容量をそれぞれC とする。 次に, Sを開い た後,Mを位置xまで静かに移動させる。 (1)x = 0 で, 極板 M がもつ電荷 Q を求めよ。 L Vo Vo S a a M IN x (2) 位置xで, LM 間および MN 間の電気容量 C1 と C2 を求めよ。 (3) 位置 x で, 極板N のもつ電荷 Q を求め,これをx の関数とし A て図示せよ。 (4)アース電位を0として, 位置 xでのMの電位 VM を求め,これを xの関数として図示せよ。 (5) 位置xでSを再び閉じる。 Sを通る電気量 (正とする) を求めよ。 またSを通る向きは上向きか下向きか。 必要があれば, x>0. 0 の場合に分けて答えよ。 (6)Mをx = 0 に戻し, Sを開く。 そして, Mを一定の速さで右 (東京大+慶應大) 動かす。 Nに流入する電流 I を求めよ。 Level (1),(2)(3)~(5)(6)★★

無限遠基準で電位考えて、金属内部は電位等しいからc点での電位がbでの電位になると考えたんですけどこたえはbでした。なぜですか？

必解 86 105.〈帯電した導体がつくる電場〉 次の文中のに適切な数式または数値を入れよ。 ただし, 数式は, ko, a, b, x,Q のうち必要なものを用いて答えよ。 ガウスの法則によると, 任意の閉曲 面を貫く電気力線の密度は電場の強さ に等しい。例えば, 真空中で点電荷を 中心とする半径の球面を仮定して考 えれば,点電荷から出る電気力線の本 数を球の表面積でわった値が球面にお ける電場の強さとなる。 そのため,電 金属球 M Q 図 1 -a- なぜここ電場ない 金属球殻N 図2 0,0 図3 気量g (g>0) の点電荷から出る電気力線の本数 n は, 真空中でのクーロンの法則の比例定数 ko を用いて, n=ア と書ける。 図1のように, 真空中に半径aの金属球Mがあり, Q(Q>0) の電気量をもつように帯電さ せた。金属球Mの中心Oから距離xだけ離れた点における電場の強さ E,電位Vについて考 える。 ただし, 電位Vは無限遠方を基準とする。 x≧a のときは,金属球Mから出る電気力線は金属球Mの中心から放射状に広がると考 えられるため, 電場の強さEは,E=イとわかる。 また, その点の電位Vは, V=ウである。 また,x<a のときは, 導体内部の電位は導体表面の電位と等しく, 導体内部に電気力線 が生じないことから,E=エ, V=オとなる。 図2のように,内半径 6, 外半径cの金属球殻Nがあり,-Qの電気量をもつように帯電 させた。このとき,金属球殻Nが球殻内部の真空の空間につくる電場は,内部に発生する電 気力線のようすを考えると0である。 次に,図3のように,真空中で,金属球殻Nで金属球Mを囲い, 金属球殻Nの中心 O′が金 属球Mの中心Oに一致するように配置した。ただし,a<b<cであり、金属球Mの電気量は Q,金属球殻Nの電気量はQのままであるとする。このとき中心から距離 x(a<x<b)だけ離れた点における電場の強さ E' は, 金属球 M, 金属球殻Nがそれぞれ単 独でつくる電場を足しあわせた合成電場の強さであるので,'=カである。また,金 属球殻Nに対する金属球Mの電位 VNM は, 金属球殻Nの内部には電気力線は生じないので, VNM=キである。 金属球Mと金属球殻Nは, 電位差 VNM を与えればQ の電気量が蓄えられるコンデンサー とみなすことができる。このコンデンサーの電気容量Cは,C= である。 [20 関西大〕 無限遠基準やから 1Cのとこの電位が nbのとこの電位じゃないん?

キの問題なんですが、電位は無限遠基準で金属球内部では電位が等しいからbじゃなくてc点での電位を考えるべきだと思ったんですが答えはbでした。教えて欲しいです

W 86 13 静電気力と電場 105.〈帯電した導体がつくる電場〉 次の文中の に適切な数式または数値を入れよ。 ただし, 数式は, ko, a, bxQq のうち必要なものを用いて答えよ。 ガウスの法則によると, 任意の閉曲 面を貫く電気力線の密度は電場の強さ に等しい。 例えば, 真空中で点電荷を 中心とする半径rの球面を仮定して考 えれば,点電荷から出る電気力線の本 数を球の表面積でわった値が球面にお ける電場の強さとなる。 そのため,電 金属球 M Q -a- 図1 なぜここ電場ない 金属球殻 N Q 図2 0,0 N M 図3 気量g (g>0) の点電荷から出る電気力線の本数nは,真空中でのクーロンの法則の比例定数 ko を用いて, n=アと書ける。 図1のように,真空中に半径αの金属球Mがあり, Q(Q>0) の電気量をもつように帯電さ せた。金属球Mの中心Oから距離xだけ離れた点における電場の強さE,電位Vについて考 える。 ただし, 電位Vは無限遠方を基準とする。 xa のときは,金属球Mから出る電気力線は金属球Mの中心から放射状に広がると考 えられるため、電場の強さEは,E=イとわかる。 また、 その点の電位Vは, V=ウである。 また, x<a のときは,導体内部の電位は導体表面の電位と等しく, 導体内部に電気力線 が生じないことから,E= エ,V=オとなる。 図2のように,内半径 6, 外半径cの金属球殻Nがあり, -Qの電気量をもつように帯電 させた。このとき, 金属球殻Nが球殻内部の真空の空間につくる電場は,内部に発生する電 気力線のようすを考えると0である。 次に,図3のように, 真空中で, 金属球殻Nで金属球Mを囲い, 金属球殻Nの中心 O' が金 属球Mの中心Oに一致するように配置した。 ただし, a<b<c であり,金属球Mの電気量は Q,金属球殻Nの電気量はQのままであるとする。 このとき, 中心Oから距離 x(a<x<b) だけ離れた点における電場の強さ E' は,金属球 M, 金属球殻Nがそれぞれ単 独でつくる電場を足しあわせた合成電場の強さであるので,E'=カである。また,金 属球殻Nに対する金属球Mの電位 VNM は,金属球殻Nの内部には電気力線は生じないので VNM=キである。 金属球Mと金属球殻Nは,電位差 VNM を与えればQ の電気量が蓄えられるコンデンサー とみなすことができる。このコンデンサーの電気容量Cは,C 無限基準やから である。 Cとこの電位が のものとこの電位じゃないん? [20 関西大 ] 秘解

物理力学です (5)で速さの二乗の変化が2axになるやつを使って解けない理由を知りたいです お願いしま

22基 水平面上に置かれたばね 定数 k〔N/m〕 の軽いばねに 質量m[kg] の小球P を押し当 て, ばねを自然長からα[m] 質 自然長 100000000 P& T30° B だけ縮ませ,静かにPを放した。 水平面は図の点Aより左側は滑らか であるが,右側はあらく, Pとの間の動摩擦係数はμである。重力加 速度をg 〔m/s2] とする。 (1) ばねから離れたPが点Aに達するときの速さを求めよ。 円のイ ⑩ (2) ばねの縮みが1/2 a[m]であったときのPの速さを求めよ。 (3) はじめにばねを自然長からa〔m〕だけ縮ませるのに必要であった 外力の仕事 W を求めよ。 (4)点Aを通り過ぎたPはやがて点Bで静止した。 距離 AB を vを用 いて求めよ。 d (5) あらい面が水平から30°傾いた斜面(図の点線)であった場合に,P が達する最高点をCとし, 距離 ACをvを用いて求めよ。斜面と水 平面はなだらかにつながるものとする。 (大阪工大 + センター試験)

(5)がどうして床から見た台の速さではなく台から見た速さを使っているのかわかりません。 （6）はエネルギー保存を使うと違う答えになりました。どうして使ってはいけないのでしょうか。 （1/2kd^2-μmgl＝0としてlについて解きました。）

【2024年 福岡大】 3 図のように, 段差がつけられているなめらかで P 水平な床 A-A' と B- B' がある。 床B-B'上には,床 A の段差と同じ高さで,質量 3mの直方体の台が,段差 A' 台 B B' のある面 A'-Bに接して置かれている。 また,床A-A'上には, ばね定数kのばねがあり,そ の一端をAの位置にある壁に固定してある。質量mの小物体Pをばねに押しあてて, ばねを自 然長から dだけ縮めた状態で静かに放した。 P はばねが自然長に戻ったときにばねから離れ, 床上をすべり A' を越えて台上に乗り移った。 Pが台上を動き出すと同時に台もB-B'上を動き 出し, やがて,P と台は一体となって運動した。 Pと台の上面との間の動摩擦係数をμ,重力加 速度の大きさを g,図の水平方向の右向きを正として,以下の問いに答えよ。 (1) A'での P の速さ Vはいくらか。 d, k, m を用いて表せ。 以下では,Pが台上に乗り移ってから台に対して静止するまでの間について考える。 (2)床に対するPの加速度はいくらか。 μg を用いて表せ。 (3) 床に対する台の加速度はいくらか。 μとg を用いて表せ。 (4) 台に対するPの加速度はいくらか。 μg を用いて表せ。 (5)Pが台上に乗り移ってから台に対して静止するまでの時間はいくらか。 μ,g,および A'で のPの速さVを用いて表せ。 (6)台上をすべった距離はいくらか。 μ,g, および A'でのPの速さ Vを用いて表せ。 (7) P が台に対して静止したときの台の速さはいくらか。 A'でのPの速さ Vを用いて表せ。 (8)P と台の上面との間の摩擦によって失われた力学的エネルギーはいくらか。 dとんを用いて 表せ。

（2）考えるとき、コンデンサーC1の左側に接続してるE2が正極で高電位だから+Q1、C1の右側を-Q1って置いたんですけど、これってダメなんですか？それで問題解くと（2）のキルヒホッフの式符号が違くなります

問題 93 電気量保存の法則 ② 次の文中の空欄にあてはまる式を記せ。 図のように、電圧V(V)の電池E と E2, 電 気容量 C(F)のコンデンサー C1 と C2, および スイッチSとS2を接続する。 はじめ, スイ ッチは開いた状態であり, コンデンサーは電 荷を蓄えていないものとして, 次の操作 I か らⅢを順に行う。 b1 .b2 lai E₁= -E2 物理 操作 Ⅰ スイッチS を a1, スイッチS2を2に順に接続した。 コンデンサー Cの右側の極板に蓄えられる電荷は,Q= (I) (C〕である。 操作 IスイッチSをbı,スイッチS2をbに順に接続した。このとき、コ ンデンサーC」の右側の極板および,C2 の左側の極板に蓄えられている電 荷をそれぞれQ,Q2 とすると,Q=Q1+Q2 である。一方,キルヒホッ フの第二法則より,VをQ1 Q2,Cで表すと,V=_(2)(V)である。Q Q2 を C,Vを用いて表すと,Q1 = (3) 〔C), Q2 =(4) 〔C〕である。 操作Ⅲ スイッチS1 を a1, スイッチ S2をa2 に順に接続したあと,スイッチ Si をbi, スイッチS2をb2 に順に接続した。 コンデンサー C の右側の極板 に蓄えられている電荷をC, Vを用いて表すと, (5) 〔C)であり, コン デンサーC2の左側の極板に蓄えられている電荷をC, V を用いて表す (6) 〔C〕である。 (1) このとき, 右側の極板には正の電荷 (解説) が蓄えられている。 コンデンサーC1 にかかる電圧はV[V] なので,蓄えられる電荷Q[C] E は,Q=CV[C] V 注時間について指示がない場合は,十分に時間が経過 したときを答える。 <愛媛大〉 Q i+Q (2) スイッチを切り替える前, C, の右側の極板およびC2の左側の極板に蓄え られている電荷は,それぞれQ=CV [C], 0 [C] である。 スイッチを切り替 えると,電荷が移動し, それぞれQ[C], Q2[C] となる。 Q1 Q2 を正と仮 定して、向かい合うCの左側の極板とC2の右側の極板に蓄えられている電 190

次の問題でまず何故青線の関係式が立てられるのでしょうか？どなたか解説お願いします🙇‍♂️

20min 2 図e QAR-P 図 sin'= √2RY cos'=- 2R △PQSはSが 直角三角形であるから 図 a きの周期をT' とすると To'=2 amo=2x2k mo =2To となる。 To = 1.0s より To'=2×1.0=2.0s (3) 小球の質量をm[kg] にしたときの周期をT T[s] - xの位置での運動方程式 ma=-kx k a=-x=ω'x m /k 2丁 80= m とすると @mo im T=2x1 Im mo -X2π To 「T=- より k HP w 2R となるので,TとT の間にはT=, m To Vemo 0 mo Amo m (kg) 図b となる。 の関係が成りたつ。 よってTとの関係は図bのようになる。 N 55 2本のばねによる単振動〉 g)。 か x=Asin (wt+0) 振幅は4であり, 70 のとき x=0 であるから ので√2R すなわち 意して√を開くこと。 220であることに 0=Asin0 よって sin0=0 より = 0 これより x=asinwt A v=aw cos wt*A+B+ (2) 単振動する物体Pの加速度αは α-aw'sin wtB 8 図g mg mrw CPから半球面の足 CA√R²+R²=√ 10 のとき原点を正の向きに通過 このとき, 位置 xは0, 速度は最大となる (3)時間を求めるときは単振動の周期 Tを用いる。 また, 円運動にもどって考えるとよい。 (4) 変位 0 のとき速さは最大, 変位が最大 (もしくは最小)のとき速さは0となる。 (5) 力学的エネルギー保存則より, 「運動エネルギー K+ 弾性力による位置エネルギーU=一定」 となる。 (1) 単振動の変位と速度を表す式は, 振幅を A, 初期位相を とすると ← A 別解 0 v=Awcos (wt+0) -a ......① ......② この運動のx-t図は + sin 型となるので x=asinwt ① 式を用いて整理すると α=-x ....... ③ kx kx aw また、物体Pの変位がxのとき,物体Pが受ける 0000000000 0 力は図aより F=-kx+(-kx)=-2kxC ......④ am (3) ④式と,単振動の周期の式 「T=2π」 で K=2k だから,周期Tは m 2m T=2nv2k=nv k to= 90° 360° 単振動は円運動の正射影であるから, 物体Pがx=α に達してから初めて原点を通過するまでの時間to は π 2m 60° ・T= -aw 同様に, v-t図は +cos 型で, の最大値は aw であるので v=aw cos wt ←B 別解 x=asinwt を tで微分して dx v= =aw coswt dt また,v=awcoswt を tで微 0 a 分して dv 0 ax Q= =aw'sin wt dt 図24 ◆C 合成ばねのばね定数 は2kとなる。 物理重要問題集 57 じとなる。 。 を求める。 同じ｡ √g²+a² 55. <2本のばねによる単振動〉 B mmmmmm 図のように, なめらかな水平面上に質量mの物体Pが同 じばね定数kをもった2つのばね A, B とばねが自然の長さ にある状態でつながっている。 水平面上右向きにx軸をとり, このときの物体Pの位置をx座標の原点Oとする。 物体PをばねAのほうへ原点Oよりαだ けずらしてからはなす。 このとき物体Pは単振動する。 単振動は等速円運動の軸上への正 射影の運動であるといえる。 時刻 t=0 において, 物体Pはちょうどx座標の原点Oを正の 向きに向かって通過した。 ばねの質量はないものとして,次の問いに答えよ。 (1) 時刻 t における物体Pの位置xおよび速度vを, 等速円運動の角速度を用いて表せ。 (2) 時刻 t において物体Pが位置xにあるときの加速度αを, wとxを用いて表せ。また,2 つのばねAとBから受ける力Fを, kxを用いて表せ。 (3) 物体Pがx=αに達してから, 初めて原点を通過するまでの時間と初めて X= αを通過するまでの時間を, kmを用いて表せ。 (4) 物体Pの運動エネルギーKの最大値とそのときの位置, およびばねの弾性力による物体 Pの位置エネルギーUの最大値とそのときの位置を表せ。 ただし, やTを用いないこと。 (5) 物体Pが単振動しているときの速度と位置xの関係を求め, vを縦軸に, xを横軸にと [ 香川大 改 ってグラフに示せ。 このとき座標軸との交点を, a, k および を用いて表せ。 また, 物 体Pが時間とともに図上をたどる向きを矢印で表せ。

(2)で初めの位置が釣り合いの位置と書いてあり、小球がはね上がる前提で計算してると思ったのですが、(1)ではね上がるにはm＜Mの条件が必要だと思うのですが、それは考えないのですか？！教えてください！！

33 ばね定数kのばねを鉛直に立て,上端に質量 M の板を取り付け, 静止させる。 そして, 質量mの 小球をこの板の上方の高さから静かに落下させ る。 重力加速度をg とする。 I、物体が板と弾性衝突をする場合について 衝突により小球がはね上がるためには,m とMの間にどのような関係が必要か。 0000000 k M 2衝突後, 板ははじめの位置より最大どれだけ下がるか。 衝突は 1度だけとする。 II. 小球が粘土のようなもので,衝突後,板と一体となって運動する 場合について 衝突の際,失われる力学的エネルギーはどれだけか。 板ははじめの位置より最大どれだけ下がるか。 (東工大)

自由落下と鉛直投げ下ろしの問題です。 解説の最後に波線を引いている所で、なぜ初速度の11.4が11m/sだと分かるのでしょうか､､､！

y Vo=0 □40 地面からの高さが78.4mの点から小球Aを見由落下させた。 その1.0s後に,VoADB (1.0s後) 同じ高さから小球Bをある速さで真下に投げ下ろして, AとBが同時に地面に着 くようにしたい。 B を投げ下ろす速さを何m/sにしたらよいか。 Vo yavottigt? ③ y=vot+/gt 78.4=49+2 t=4 78.4=3Vo+4.9×9 Vo=11.4 4t Q BQ鉛直投げ下ろし 78.4m 4t-lt =3t

背理法による証明 k2乗は整数であるから C の2乗は4の倍数なのに M 2乗+ N 2乗- m - n は整数であるから a 2乗+ b 2乗は4の倍数ではないがわからないので教えてください

例題 4 背理法による証明 第2章 集合と命題 ★★★★~ la, b, c は a2+b2=c2 を満たす自然数とする。 このとき, a, bの少なくとも一方は偶数であること 背理法を用いて示せ。 考え方 結論を否定して矛盾を導く 結論が成り立たないと仮定する。 (結論を否定する) ⇒ 「α,bの少なくとも一方は偶数」の否定は 「a, bがともに奇数」 a+b=c の両辺について, 4の倍数であるかどうかを調べる。 解答 a, b がともに奇数であると仮定する。 [類 岐阜聖徳学園大 ポイント ① 結論を否定 ② 右辺を調べる このとき,a2,2は奇数であるから,c=d'+62 は偶数である。 左辺を調べる ③ 矛盾を導く 練習 4 よって, cも偶数であるから, cは自然数kを用いてc=2k と表される。 ゆえに,c2=(2k)²=4k2となり,kは整数であるから,2は4の倍数である。 一方,奇数 α,bは自然数nを用いて,a=2m-1,b=2n-1 と表される。 このとき,a+b2=(2m-1)+(2n-1)²=4(m²+n-m-n) +2となり、 m²+m²-m-nは整数であるから, a +62は4の倍数ではない。 ゆえに,a+b2=c2において,右辺は4の倍数であるが, 左辺は4の倍数でな から, 矛盾する。 したがって, a, bの少なくとも一方は偶数である。 [終] (1) 正の整数xが3の倍数ではないとき, x2を3で割った余りは1であることを示 (2)x,y,z は x2+y'=z2 を満たす正の整数とする。このとき,x,yの少なく 3の倍数であることを, 背理法を用いて示せ。 〔類