電磁気 （I）の考え方を教えてください

IS 図1のように、起電力E [V], 内部抵 抗r [Ω] の電池Dに内部抵抗rv [Ω]の電 圧計 V を接続した。 このときVが示す値 は、ではなく、 (1) [V]である。 そこで電池Dを, 図2のように, 電池 Eo, 抵抗線 AB, 検流計 G, 既知の起電力 Es [V] をもつ標準電池 Es およびスイッチ S, S2 を組み合わせた回路に接続した。 AB は太さが一様で,接点Cの位置は調整で き, AC間の抵抗値が読み取れるように なっている。 S, を開いたとき, AB に流れ る電流をI〔A〕 とする。 S を閉じ, S2 を① に入れた状態でGに電流が流れないよう にCの位置を調整したときのAC間の抵 抗値 Rs 〔Ω] は, Rs = (2) [Ω] となる。 次にS2 を ②に入れ、 再びGに電流が流 れないようにCの位置を調整したとき, AC間の抵抗値をR[Ω] とすると,Eは既 A 電圧計V a b E 電池D 図1 Eo C B G Jos Es ① S2 E 1 r 電池D 図2 02) 2

電磁気の問題 （１）を三枚目の画像のように考えて解いていったのですが、（2）で（１）での考え方が間違っていることに気づきました。 どこが間違っているのかわかりません。教えてください

HE 120 内部抵抗が無視できる起電力Vの電 池E. 抵抗値がそれぞれR, 2R 3R で ある抵抗 R, R2, Re, 電気容量がそれぞ れC. 3Cであるコンデンサー Ci, C2 お よびスイッチSよりなる回路がある。 は じめスイッチSは開いた状態であり、コン R R3 5 C₁ R2 E C2 デンサー C, C2には電荷は蓄えられていない。

二についてで、3枚目の写真のW1＝V1IΔtとなるのが何故かわかりません。Iは変化してるのでこの式では表されないと思ってしまいました。教えてくださいm(_ _)m

次の文章を読んで, に適した式または数値を,{ のを一つ選びその番号を, それぞれの解答欄に記入せよ。 なお, からは適切なも はすでに で与えられたものと同じものを表す。 また, 問1~問3では,指示にした って、解答をそれぞれの解答欄に記入せよ。 ただし、円周率をとし,以下に登場 する物質や気体の透磁率はすべてとする。 (1) 図1のように,長さd,半径の円筒に抵抗の無視できる導線を一様に N回巻 き付けて作ったソレノイド(以下コイルとよぶ)がある。 円筒内部は気体で満たさ れており,コイルの長さdはと比べて十分長く,このコイルに電流を流すと円 筒内部には一様な磁束密度ができる。 このコイルに外部電源を接続して電流Iを 流したときに円筒内部に発生する磁束密度の大きさは イ である。 次に,微小時間 4tの間に電流をIからI + AIにゆっくりと変化させると コイルには誘導起電力 AI ロ × 4 が発生する(AIは微小量であり,起電 At 力の符号は電流の上流側の電位が高い場合を正とする)。 このことから,このコ イルの自己インダクタンスは ハ である。 また, 時間 4t の間に外部電源 がコイルにした仕事は ×4I である。 d 巻き数N

この問題のカについてで、図3のように、ad間、bc間は導線で繋がれているから等電位になり2枚目の写真の式が立てられるのは分かるのですが、それぞれの起電力が異なってショートするなどということはありえないのでしょうか？教えて欲しいですm(_ _)m

wwwwwww 電気容量のコン S デンサー, 自己イン ダクタンスのコイ ルとスイッチ S か XC L P らなる回路が,十分 に長い2本の平行な導体のレールに接続されている。 レールは間隔が で、水平に対して角度だけ傾いていて, 質量Mの導体棒Pが水平 に置かれている。 レール面に垂直に磁束密度Bの一様磁場がかけられ ている。Pはレール上を水平なまま, 摩擦なく動き,レールに沿って 下向きを正とする。電気抵抗は全て無視でき,重力加速度をgとする。 ISを帯電していないコンデンサーに接続し, Pを静かに放す。Pが レールを滑り落ち,速度がりになったとき,コンデンサーの電気量 Qは,Q=アである。このとき,Pを流れる電流をIPの加 速度をαとすると,Pの運動方程式は, Ma=イと表される。さ らに短い時間 4tの間にPの速度が4v だけ, コンデンサーの電気 量が4Qだけ増えたとすると, C, B, d を用いて, I=ウ Xa となる。これらの式から,Pが滑り落ちているときの電流IはI= と一定となることがわかる。 そして, Pが距離 xだけ滑り落 ちたときの速度はオである。 IISをコイルに接続し,Pを静かに放す。Pが x だけ滑り落ちたとき の速度をv,コイルに流れている電流をIとする。さらにPは短い 時間4tの間にdx=udtだけ移動した。電流の増加量を AIとする と,Pとコイルの2つの誘導起電力の関係からAIカ × 4x という関係式が得られる。 この式より, Pxだけ滑り落ちたとき て, Ma T= となる。そしてPの運動方程式は, x を用い クと表される。これよりPは振幅A=ケ 周期 コで単振動をすることがわかる。 そして, 位置 xでの速さ vは,v=サである。 ( 京都大 +東北大)

この問題の(2)についてで、発生したエネルギーはすべて運動エネルギーに変わるなどと書いてないのに、それ前提で計算をしているのですが、それは書いてないけど、なんとなく察するべきことなのでしょうか？

64 原子核 静止している原子核Xに粒子 a が衝突して原子核Yと粒子bがで きる核反応をX+a → Y+b+Q と表す。ここでQは反応のQ 値と呼ばれ,反応の前後の質量変化に相当するエネルギーである。す なわち, 粒子 a および b の質量をma, mb, 原子核XおよびYの質量 Q= (mx+ma)c-(my+mb) である。 を mx, my とすれば, Q >0の場合は発熱反応であって, Xにa がゆっくり衝突しても核 反応が起こる。一方, Q < 0 の場合は吸熱反応であって, a の運動エ ネルギーによってエネルギーを補給しなければ核反応は起こらない。 このために必要なa の運動エネルギーの最小値をこの反応の(エネル ギー) しきい値という。 I 次の発熱反応について考えよう。 ‘Li+n→ α+[ア+Q ここでLi, 中性子n,α粒子およびアの質量はそれぞれ 6.0135u, 1.0087u, 4.0015u, 3.0155u である。ただし, luは 3 × 102 MeV のエネルギーに相当する。 ア | の原子核は何か。 また、この反応のQ値は何 MeV か。 (2)十分遅い n が静止している Li に衝突して核反応が起こるとき, α 粒子の運動エネルギーを求めよ。 Ⅱ 核反応が吸熱反応である場合のしきい値を求めてみよう。 そこで, 粒子 a がちょうどしきい値に等しい運動エネルギーをもって静止 している原子核 X に衝突するとしよう。 このときのaの速さをU する。 (3)衝突直後, a は Xと一体となり, (ma+mx) の質量をもつ複合核 を作る。a の運動エネルギーから, 複合核の運動エネルギーを差 し引いたものを4Kとする。 AKをma, mxおよびva で表せ。 (4)この4Kが複合核に余分に蓄えられたエネルギーであり,複合 核が短時間後に原子核 Yと粒子bになるとき,質量の不足分は ⊿Kでちょうど補うことができる。 この反応のしきい値をQ, ma およびmxで表せ。 (広島大)

(5)の問題の解答で、なぜ途中式で4.003を4などと近似しようと思うのかが分かりません。解答の下の方に、もし詳しく計算するとと書いてあるのですが、最初からこちらでやるべきだと思ってしまっていました。教えて欲しいですm(_ _)m

62 原子核 191 62 原子核 相対性理論によると, 質量mの粒子のエネルギーEは,真空中 光の速さをcとするとの関係によりmと等価であり, 1 MeVのエネルギーは 0.00107 u (原子質量単位)と等価である。 静止している原子核 Li に遅い中性子 n を当てたところ,反応 Li+n→ He + X で が起こり,反応によって生じたエネルギーは 4.78 MeVであった。 Xは原子核(2) であり,Xの質量は小数点以下5桁まで (3) uである。また, 中性子の速さを無視し, Xと“Heの質量をそれぞれ mm2 とすれば, Xの He に対する運動エネルギーの比は4 あり,生じたエネルギーの全部がX と“Heの運動エネルギーになった とすれば,Xの運動エネルギーは,有効数字3桁までで(5) MeV である。また,Xは β線を出して原子核 (6) になることが知られ ている。なお, Li, n 及び "Heの質量は 6Li : 6.01513 u, n: 1.00867u, である。 He: 4.00260u (新潟大)

1枚目の（3）のFが4.9だと思ったら答えは5.0で、四捨五入をするのだと思い2枚目の（2）のFは9.0にしたら答えは8.5で四捨五入してませんでした。なぜですか。

28 平面上の力のつりあい 物体を軽い糸で天井 につなぎ, 水平右向きに引いて静止させる。 この 状態について,次の問いに答えよ。 例題 物体の重さが 6.0N 水平右向きの力の大 きさがF[N] のとき,系と天井のなす角が45° となった。 2 -10- 20 15 に F (1) 物体が受ける力をすべて図にかき入れよ。 なお、向きがわかれば矢印の長さは自由とする。 (2) 物体が糸から受ける張力の大きさをT〔N〕 として,水平方向・鉛直方向の力のつりあい の式を求めよ。 (3)T〔N〕, F〔N〕をそれぞれ求めよ。ただし、 73 とする。 +F=0 解(1) SM sin45 ① 5.0 T= 12 - Tros 45+ F= 0 5.0N) 3 m/d 2 (2) 水平方向 水平右向きを正として Tcos45°+F=0 鉛直方向: 鉛直上向きを正として Tsin45°-5.0=0 上 5√2 N 2 [ Tsin455= (3)(2)のつりあいの式を,T,Fについて解いて, T=7.0N,F=5.0N T=5 F=5.0M た盛TH-5:0 T + 2 - 5 = 0

(1)についての質問です。解答で、cx＝ccosθとしてるところが何故かわからないですx-z平面上で光速cで運動してるなら納得できるのですが、x-y-z平面で運動するならc＝(cx2+cy2+cz2)1/2乗になると思いました。

56 光の粒子性 一辺がLの立方体の容器内を振動数 の多数の光子が光速cで不規則に運 動している。 この容器の面と光子は完全 弾性衝突するものとし, プランク定数を んとする。 光子の運動量の向きはその速 度の向きと一致しているので、光子の運 L S2 y (3 動量の成分は,速度のx 成分 Cx を用 いて、 X L | × cx と書ける。 さて, cx>0 として,t秒間に1個の光 であり,その間に面 子がx軸に垂直な面Sに衝突する回数は(2) Sが受ける力積は (3) となる。 光子の運動方向は十分不規則であ りの平均値はx=(4) × c2と書ける。そこで、容器内 の光子数をNとすると, 全光子から面Sが受ける力は (5)と表さ れる。 したがって,この光子気体の圧力P は, 体積Vを用いて (6) となり,単位体積あたりのエネルギーUを用いると, P=(7) と書 (名古屋大+東北大+大阪府立大) ける。 Level (1)~(7) ★ Point & Hint 光の圧力(光圧)の問題。 気体の分子運動論をバックグラウンドとして解いて いく。 HECTURE (1) 光子の速度ベクトルと運動量ベクトルは (2) 右のようになる。 Cx=ccos0 であり px= hv C cos 0 = =hyxCx c² ※子は面に2の距離を動くごとに C 速度 C 運動量 Dx

混合の前後で気体の物質量の総和は変わらないから、nA+nB＝nA’+nB’となると思うんですけど、単原子分子理想気体の内部エネルギーの公式に当てはめてみたら、こうなりませんでした。何がいけないんでしょうか？お願いします😿

GT A(44) w< A COOKEVDY Cyd AN P D 2/v NA+nB= hB= APM = NA & R 3PV RT 2V 2T P B(MB) &000 + A 901 大 P > A GE ・ホ 2P fri 121 脂肪・ P2x +V=NA&RXT + 大 P2V 大 大 NBXRLT P2V RT B(B) 豆 MEYI S COBALRIL

35番についてです。 この問題の有効数字は19.6メートル毎秒より3桁かと思ったんですが、なぜ解答は有効数字2桁なんですか？ 教えて下さい🙏

[知識 106. 35. 鉛直投げ上 19.6m/sで鉛直上向きに小球を 面から、速さ 最高点 投げ上げた。 とする。 異の大きさを9.8m/s2 (1)地上14.7mを小球が通り過ぎるのは何s後か。 (2) 小球が最高点に達するまでの時間は何sか。 (3) 最高点の高さは何mか。 (4) 小球が再び地面に落ちてくるまでの時間と,そのときの速度を それぞれ求めよ。 例題5 A19.6m/s ヒント (2) 最高点では速度が0となる。 知識] 36. 鉛直投げ上げ 海面からの高さが29.4mの位置から,小球を初速度24.5m/sで鉛 直上向きに投げ上げた。 重力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。 (1) 小球を投げ上げてから, 海に落ちるまでの時間はいくらか。 (2) 小球が海面に達する直前の速さはいくらか。 (3) 海面から最高点までの高さはいくらか。 思考 37. 鉛直投げ上げのv-tグラフ図は,地面から速さv v[m/s] ↑ [m/s] で鉛直上向きに投げ上げた小球の速度v [m/s] と Vo 例題5 [時刻][s] との関係を表している。 時刻 0sのときに投げ上 4.0 げたものとし,鉛直上向きを正とする。 次の各問に答えよ。 ただし, 重力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。 0 2.0 t[s] (1) 小球が最高点に達する時刻を求めよ。 Vol (2) 小球の初速度を求めよ。 (3) 図の斜線部の面積を求め, それが何を表すかを答えよ。 (4) 小球の地面からの高さをy〔m〕 とし, t=0~4.0sの間のy-tグラフを描け。 [知識] 例題 5 38. 気球からの落下 速さ 4.9m/s で上昇している気球から小球を静かに落下させた ところ, 4.0s 後に地面に到達した。 小球をはなした位置の地面からの高さはいくらか。 ただし, 重力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。 [知識 物理 39.水平投射高さ78.4mのがけから水平方向に 9.8 m/sの速さで小球を投げ出した。 重力加速度の大き さを 9.8m/s2として、次の各問に答えよ。 (1) 小球が投げ出されてから 1.0s 後の速さはいく -9.8m/s >がけ 78.4m らか。 (2) 小球が投げ出されてから 海面に達するまでの 時間を求めよ。 (3) 小球が海面に達した位置は,投げ出された地点 の真下の海面の位置から何mはなれているか 海面 例題6 2. 落下運動 19