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

(2)についてです なんでこの式で速さを求められるのですか？

例題 49 自由落下と力学的エネルギーの保存 地面 (基準面)からの高さ10mのところから 質量m[kg]の物体を自由落下させた。 (1)落下前に物体のもっている力学的エネルギ 一は何か。 (2) 地面に衝突する直前の物体の速さは何 m/s か。 力学的エネルギー保存の法則を用 いて答えよ。 ポイント 重力がはたらくときの力学的エネルギ 一の保存 ⇒20 1 mv₁² + mgh₁ = mv2 22+mghz 2 条件 (1)v=0m/s.h=10m (2)h=0m. 力学的エネルギーは (1) と変わらない。| 解答 (1) E=K+U==mv+mgh Le (2) -1/2xm -xmx (0m/s) 2 +mx9.8m/s2x10m 12 1 2 1 1 12よ =98m (J) mvz+mghz=98m [J] より . -muz²+mx9.8m/s2x0m=98m mvz²=98m よって vz=√196m/s=14m/s ( v2 は正) (1) (2) 30

5番の矢印を書いたところの式変化について教えてほしいです｡

158 丸 50 電磁場中の粒子 直方体 (3辺の長さが a, b, c) の半 導体に図のように一様な磁束密度 Bの磁場を +z方向へかけた。次に, Z B N +y方向に電流Iを流し, x方向に 発生する電位差V (MN間) を測定 した。 種々のBの値に対する, Iと Vの関係がグラフに示してある。 (1) グラフからVをIとBの関数 として表せ。 ただし, 比例定数を α とする。 次に, αの値をグラフ から読み取り, 有効数字2桁で単 位を付けて書け y M b. V〔mV〕 Bの単位 (T) この関係式は次のような考察か ら導くことができる。 にな (2) 電流Iの担い手が電子だとする。 その運動はどちら向きか。 また, 88503020000 B=0.64 70 60 B=0.48 40 B=0.32 B=0.16 10 -I [mA] 1 2 3 4 5 6 電子の電荷を-e, 平均の速さを 個数密度をnとして, I をe, v, n などを用いて表せ。 (3)電子は磁場から力を受けて偏在するために電場が発生する。 電位 はMとNとでどちらが高いか。 また, 電位差 V[V] を v, Bなど を用いて表せ。 (4)電流の担い手が正電荷+eをもつホールの場合、電位はMとN とでどちらが高いか。 (5)α me, c で表せ。 また, nの値を有効数字2桁で求めよ。た (工学院大) だし,e=1.6×10-19 [C], c=1.0×10-4 〔m〕 とする。 vel (1)(2)(3)~(5)★

5の解説に〜を引いている部分についてよくわからないので，教えて欲しいです｡

43 電磁誘導 43 電磁誘導 137 図1のように、絶縁被覆した銅線を一様に巻いた長さ21のソレノイ ドコイルがある。 両端AとCとの間に直流電圧Vを加えたら電流) が流れ,コイルの中心P点に強さ H の磁場が生じた。 コイル以外の 導線の抵抗は無視する。 Ⅰ 次の場合,電源から流れる電流はIの何倍になるか。 また, P点 の磁場の強さはHの何倍になるか。 (1) 電圧 V の電源の正の端子をBに接続し, 負の端子をAとCに 接続する。 (2) B点を中心としてこのコイルを2倍の長さ(41)になるまで一様 に引き伸ばして固定し,両端AとCとの間に電圧 Vo を加える。 (3) コイルを元の長さ(27)に戻し,電圧Vの電源の正の端子をA に接続し,負の端子をBとCに接続する。 磁場の強さけ。 I 図2のように,固定したコイルの左端と中央とに,それぞれ銅の リングR1, R2 がつるされている。 スイッチSを閉じたとき, (4)電流が定常的になるまでの間に,R1 と R2 には電流が流れるか。 流れるとすれば,その向きはコイルに流れる電流と同じ向きか, 逆向きか。 (5)Sを閉じた直後, R1 と R2 は動きだすかどうか。 動きだすとすれ ば,その向きは左右どちら向きか。 ただし, R1, R2 間の相互作用 は無視してよい。 R₁ R. T A Vo S C B 図 1 evel (1),(2)(3)★★ (4)(5)★ 図2 (東京大)

4番の解説の意味がいまいちよくわからなくて、V=Edを用いるというのはわかるんですけど，Δrについてよくわからないので教えて欲しいです｡ （私の考え） Δrをゼロに近くしたとしても，円盤の中心から端までの距離差はaでないか？

134 電磁気 42 電磁誘導 半径 ②の円板と細い回転軸は共に 導体でできていて,これを一定の角 速度で回転させる。回転軸と円板 の縁に導線を接触させ,スイッチS を通して抵抗をつなぐ。 円板には一 様な磁束密度Bの磁場 (磁界) が垂 直上向きにかかっている。 Sは初め 開かれ、回路の抵抗値をRとする。 R B (1) 円板と共に回転する自由電子はローレンツ力を受ける。電子はど ちら向きに移動しようとするか。 (2)円板の中心と縁には正負どちらの電荷が現れるか。 また, それに よって生じる電場 (電界) の向きはどうなるか。 (3) ローレンツ力による電子の移動は,発生した電場から受ける静電 気力とつり合うまで続く。 電場の強さEを, 中心からの距離rの関 数として表せ。 また, 横軸にrを縦軸にEをとってグラフに描け。 (4) 円板の中心と縁の間の電位差V を求めよ。 (5)Sを閉じたとき回路に流れる電流Iはいくらか。 また, 円板を回 転させている外力の仕事率Pはいくらか。 (防衛大+名古屋大) Level (1) ★★ (2) ★ Base ローレンツカ (3)~(5)★ BA 荷電粒子が磁場中で動 Point & Hint くと力を受ける。 磁場中を動く導体棒に生じる 誘導起電力 V= vBl の導出 (エッセンス (下) p102) と同類 の問題。誘導起電力が生じる原 因は自由電子に働くローレンツ 力にある 9 BA V q f f = quB ひとの向きが直角 でない場合は、どちら かの垂直成分を用いる。 子はひと豆がつくる 平面に垂直となる。

丸で囲んだところについて，なぜそう言えるのか理由を教えて欲しいです

21 コンデンサー 大きな導体板P, R が 間隔 9cm で P- 平行に置かれ, Rは接地されている。 Pに+Q [C],R に Q [C]の電気量 を与え,PR間に一様な電場 (電界) を つくる。 接地点の電位を0とする。 A- 12cm 13cm B 4cm (1) P,R と同形で電気的に中性な, 薄 い2枚の導体板 AおよびBを, A はPから間隔2cm離れた位置に, GVR R - V-NEN M Bは Rから4cm離れた位置に入れ,PとAを導線でつないだ。 こ のとき, B の電位は 36Vであった。 P, A および B の電荷はそれぞ れいくらか。また,A,Bを入れる前のPの電位はいくらであった か。 M (2)次に,PとAをつなぐ導線を切り離し, AとBを導線でつないで から,Pを接地した。 AおよびBの電荷はそれぞれいくらになるか。 また,Bの電位はいくらか。

(1)の抵抗値Rを、手書きの写真のように求めたのですが、答えが違いました。なぜ違うのか教えてください。

Zにかかる電圧の最大が500で 2 最大2Aの電流 2[A] 2 [A] が流れるから、 50=RX2 R = 25

1番最後の問題文についてです。 「電源電圧の値を0にする」というのは「極板間の電位差を0にする」という認識であっていますか？

9. ばねにつながれたコンデンサー [ 福島大] 図1に示すように, 半径0.10mの金属円板 B を水 平に固定し, その真上にBと同じ金属円板 A を導体 でできた軽いばねと接続して水平に固定した。 このと きばねは自然の長さで,円板間距離は7.0×10-3m であった。Sはスイッチ, Eは直流電源である。金属 円板間の空気の誘電率を lllllll ばね 1 F/mとし,重 金属 円板 4 x 9.0×10 7.0×10-3m 力はないものとして,次の問い[A]~[C] に答えよ。 [A] 円板を固定したままスイッチSを閉じ,電源電 圧の値を2.52 × 103V まで徐々に大きくして,その 後,スイッチを開いた。次の値を求めよ (1) 金属円板 AB間の電気容量 (2) 円板Aに蓄えられる電気量 (3) 円板間に蓄えられる静電エネルギー スイッチひらいている。 [B][A]の状態において,円板間には引力がはたらい ている。いま, 円板 A の固定を解いて、この引力 につりあう力で支えながら円板AをBにゆっくり と近づけていったところ、 図2に示すように円板間 距離が 6.0 × 10-3mになったとき, 引力とばねの力 がつりあった。 円板Aを動かしている間の円板間の 引力が一定であるとして,次の値を求めよ。 (1) 失われた静電エネルギーの大きさ (2)引力が円板にした仕事と失った静電エネルギー の大きさが等しいとして求められる円板間の引力 うう (3) ばねのばね定数 図1 Qは保存される。 B S E 12.82×10 す S 2 E A 6.0×10-3m B 図2 SER RCD= QCDのD20 le [B] の状態から、蓄えられた電荷を放電し、電源電圧の値を0とした。円板 A が静 止した後、電源電圧の値を徐々に大きくしたところ円板AとBの間隔が 5.0×10-m になった。このとき電源電圧の値を求めよ。 ばねのびている 極板の商20 引 Aは上に戻る

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)★★

(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