物理の熱力学の問題です 黄色マーカーで引いたところの解説をお願いします

76 第2章 熱と気体 *** 57 [12分 ･20点】 XX 気体の熱的性質について考えよう。 図のような, シリンダーとなめらかに動 くピストンからなる断熱容器があり, ピス トンにはバネが付けられている。 また,シ リンダーにはヒーターが付けられており, 断熱容器に閉じ込められた単原子分子理想 気体に外部から熱を加えることができる。 さらに, シリンダーにはコックが付けられ 0 63 8 ている。 最初にコックは開かれており, 容器内の気体の圧力は大気圧と同じであった。この とき シリンダーの気体の部分の長さとバネの長さはともに⑩であり、バネは自然 の長さであった。また,シリンダーの断面積を S, 大気圧を po, 室温を絶対温度で To とする。 問1 コックを閉じ、ヒーターによって熱を与えて容器内の気体をゆっくり膨張させ る。 容器内の気体の圧力が 10mとなったとき, パネの長さは 1/26 -ℓo となった。ぱね 定数は PoS この何倍か。 ② 63 80 25 144 3 9 8 19 ② 144 9 80 17 3 144 ヒ 5 4 *コック 80 9 問2 このとき, 容器内の気体の絶対温度をTとする。 T1 は T の何倍か。 9 8 4 9 ① ② (3 4 ⑤ 6 9 5 8 問3 気体の物質量をn, 気体定数をRとすると気体の内部エネルギーの増加分4U はいくらか。 0nR(T₁-To) nR (Ti-To) ⒸnR (T₁-To) 13 144 6 5 ⒸnR(T₁-To) 問4 この間に容器内部の気体は, 外部(大気とバネ)に対して仕事をする。 この仕事 W は poSlo の何倍か。 ① 8 9 バネ 10 9 11 144 4 問5 ヒーターによって気体に与えた熱Qを4UとWを用いて表せ。 0 AU-W ②4U+W 3 W-AU *58 18分 ･12点】 X A 問1 容器内に閉じ込めた理想気体の温度を上昇させる。 温度上昇が共通のと き,気体の体積を一定に保った場合と, 圧力を一定に保った場合を比べると、必要 熱エネルギーはどちらの方が大きいか, またその理由は何か。 ① 体積を一定に保った場合の方がQが大きい。 理由は気体が外部に仕事をしない からである。 ② 圧力を一定に保った場合の方がQが大きい。 理由は気体が外部に仕事をするか らである。 どちらの場合もQは同じである。 理由は温度上昇が同じだからである。 B 気体定数をRとする。 理想気体の定積モル比熱をCio 定圧モル比熱をC, とする。 Cr, Cyの間に成 り立つ関係式として正しいものはどれか。 ① 0 Cp-Cv=R ②Cv-Cp=R ③ Cy+Cp=R 問3 単原子分子理想気体と2原子分子理想気体の定積モル比熱の組合せとして正し いものはどれか。 ただし, 気体の温度は300Kとする。 ② §2 気体の状態変化 4 単原子分子 R R R -R 77 2原子分子 3R R R R

(2)についてです。答えは以下の通りなのですが 線引きした部分がなぜそのようになるのか分かりません。,私は(l－x)^2だと思うのですが、なんでダメなのでしょうか。教えていただきたいです。

151. 動摩擦力と仕事■ 水平面上の壁にばね定 数んのばねの一端を固定し、 他端に質量mの物 体を取りつけた。 ばねが自然の長さのときの物 体の位置Oを原点とし、 右向きを正とするx軸 静かに はなれた位置Pまで引き, をとる。 物体を, 原点Oからx軸の正の向きに距離 はなすと, 物体はx軸の負の向きに向かって動き出し, 0から距離s はなれた位置Qで 静止した。 この運動では,PとQの間のある点で物体の速さが最大となることが観測さ れた。 物体と面との間の動摩擦係数をμ, 重力加速度の大きさをg とする。 (1) 物体が位置Pにあるとき, ばねにたくわえられている弾性エネルギーはいくらか。 (2) 物体が0から距離 x はなれたPとQの間の任意の位置Rにあるとき, 物体の運動 エネルギーはいくらか。 (3) 物体が静止する位置Qの座標sはいくらか。 (4) 物体の速さが最大となる位置を求めよ。 自然の長さ Ors Q Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø d d d d d d d d d d o ヒント 151 (2) 物体の運動エネルギーの変化は, された仕事に等しいことを利用する。 P x (10. 愛知教育大改)

（2）の問題です。v=v0-gt の式を使うのは分かるのですが、どうしてv0が10になるのですか？ 初速度は0ではないのですか？ よろしくお願いします。

第Ⅰ編 運動とエネルギー 例題 12 斜方投射 地上から水平より30°上向きに, 初速度20m/sで小球を投げ上げた。 重力加速度の大きさを 9.8m/s² とする。 (1) 初速度の水平成分 Vox, 鉛直成分 voy を求めよ。 M AMB (2) 最高点に達するまでの時間 t [s] と, 最高点の高さん [m] を求めよ。 (3) 再び地上にもどるまでの時間t2 [S] と, 水平到達距離 x [m] を求めよ。 20: Voy=2:1 I UFAE よって Voy=20× -=10m/s 104T 解法2 Vox = 20 cos 30° Voy=20sin30°からも導ける。 , (2) 鉛直投げ上げの式 「v=vo - gt」 をy成分について立 てると, 最高点ではvy=0 より 100 2×9.8 指針 投げた点から水平 (x) 方向に等速直線運動, 鉛直上 (y) 向きに加速度-gの等加速度運動をする。最高点 71 (0 点)を境に上りと下りが対称になることに注目する。 解答(1)解法 1 直角三角形の辺の長さの比より 20:vox=2:√3 ↓-g √3 よって Vox=20x. =10√3=10×1.73=17.3≒17m/s 2 1 0=10-9.8t1 「v2-vo²=-2gy」 より 02-102=-2×9.8×h =5.10...≒5.1m h== t=1.02...≒1.0s 2 ➡26 POINT 解説動画 10m/s 20m/s 30° 1 3 17 m/s 0 OXXO Mat 200 最高点 (vy=0) aug 斜方投射 水平方向 : 等速直線運動 鉛直方向 : 鉛直投射 (3) 対称性より t2=2k=2.04≒20(2) x 方向には等速直線運動をするから 「x=vt」 より 29 x=17.3×2.04=35.2...≒35m a

物理です。写真の赤い部分の30度はどこから分かるのでしょうか？

発展例題43 平行電流がおよぼしあう力 図のように、3本の平行で十分に長い直線状の導線A,B, Cを一辺10cmの正三角形の頂点に, 紙面に垂直に置く。A とBに紙面の表から裏の向きに,Cには逆向きに,いずれも 2.0Aの電流を流す。真空の透磁率を4ヶ×10-7N/A2 とする。 (1) A,B の電流が, Cの位置につくる磁場の向きと強さはい くらか。 Fau (2) 導線Cの長さ 0.50m の部分が受ける, 力の向きと大きさはいくらか。 指針 (1) 右ねじの法則を用いて, A, B の電流がCの位置につくる磁場を図示し, それ らのベクトル和を求める。 磁場の強さは, H=I/(2xr) の式を用いて計算する。 (2) フレミングの左手の法則から力の向きを, F=μIHI の式から力の大きさを求める。 解説 (1) A, B の電流がC F30° HB の位置につくる磁場 HA, は, 右ねじの HB 法則から、 図のように なる。 HA, HB は, そ れぞれ AC, BC と垂直である。 また, A, Bの 電流の大きさは等しく, Cまでの距離も等しい A - AL AA 打 CQ HA &B H I 2.0 2πr 2T X0.10 - 発展問題 524 H=2×HACOS30°=2× ので, Ha=HB である。 合成磁場は図の右 向きとなる。 HA, HB は, HA=HB= 合成磁場の強さH は , = 10 π 10 √3 X π 2 rsa 10cm =6.92×10-N 6.9×10-6N B 10√3 π -[A/m〕 10√3 πC =5.50A/m 5.5A/m (2) フレミングの左手の法則から、導線Cが受 ける力の向きは, AB と垂直であり、図の上 向きとなる。 力の大きさFは, F=μolHl=(4×10m)×2.0× X0.50

この問題の(2)、(3)の考え方が分かりません。 (2)に関してはC'の値までは分かりました。

の誘電 5) の答 竜圧を求めよ。 312 導体板にはたらく力 誘電率∈〔F/m〕の 空中で、右図のようなコンデンサーに電圧 Vo- S -2L d] 3C. M d 2 V[V] の電池を接続した。 コンデンサーの極板は 短辺がL 〔m〕 長辺が2L [m] の長方形, 極板の間隔 はd[m] である。 極板間に何も挿入しない状態でスイッチSを閉じて充電した。その後, Sを閉じたまま、上図のようにコンデンサーと同形で厚さ 4 [m]の導体板Mを極板 間の中央に極板と平行を保ちながらゆっくりと挿入した。 なお,電流が流れることによ る回路での発熱は無視する。 (1) 導体板を x [m] まで挿入したときのコンデンサーの電気容量 C〔F〕を求めよ。 (2) 導体板をx=L〔m〕まで挿入するのに外力がした仕事 W 〔J〕 を求めよ。 (3)導体板を(2) よりさらに微小距離 4.x 〔m〕 だけ押し込むのに必要な外力のする仕事 4W〔J〕 を求めよ。 さらに, x=L〔m] のときの外力の大きさF[N] を答えよ。 (1) (2) コンデンサーの接 +||- サヒ # 北

単振動です。加速度の公式、このふたつの使い分けというか、コツというか何か教えてください🙇‍♀️

a= - Ausnut a= - w²x

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

142 熱 49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔mol]の 単原子分子の理想気体が入っていて、圧力と温 TOK] は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は 〔kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており、容器の底からの高 さはLQm] である。 気体定数をR [J/mol・K], 重力加速度(m/s²] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ, 温度が T1 [K] になったときM が上に動き始めた。温度 T と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け高さが2.2L[m]となった。このとき の温度 T [K] を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W 〔J〕 と気体に加えた熱量 Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして,外力を加えてMを ゆっくりと押し込み、元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T3 〔K〕 を求めよ。 また, このとき気体がされた仕事 W 〔J〕 を求めよ。 ただし、この断熱変化の過程では圧力と体積Vの間に (京都工繊大) はPV =一定の関係がある。 Base M ヒーター 10000 Cv= Level (1), (2)★ (3)★ Point & Hint (1) 前後の状態方程式と、ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では, 気体がする仕事 = PAVとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 γは比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので,y= =1/12/2/12/2R=7/3/3 となっている。あとは第1法則の問題。 5 h= 単原子分子気体 nRT U= 3 5 = 2R CP=R 2 ※ この3式は「単原子｣のとき LECTURE 初めの気体の状態方程式は ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = nRT …..……② (1) そして,このときのピストンのつり合いより PS = Pos+Mg...... ③ T₁=To+ _MgL nR4 ①〜③ より 定積変化だから より (2 そして (2) Pi での定圧変化が起こる。 状態方程式より P₁S³/L=nRT₂ また, Q=nCvAT= PSL = nRTo ...... ① T₂ = ³2 T₁ = 3 (To+ MgL nR W2 = Pi4V = Pi P.(S. 3/L-SL) Q2=nCpAT = n 状態方程式より 5 2 第1法則より より 49 熱力学 nR(T₁-To) = MgL 2 2 T3= ③ -T₁ (3) 高さまで押し込んだときの圧力をP3とすると P.(S-L)* = P.(SL) P3= 3 PS を用いて. Ws = Mg AU』を調べ ( 4U2=2R(T-T)) 第1法則 4U2 = Q2+(-Wa) を用いて Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ =1/12P.SL=1/12nRT=1/12(nRT,+MgL) ②を用いた .. T = n. 52 R (T₂ - T₁) = (nRT. + MgL) 143 ピストンが動いて も上図の状況は変 P.S わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 'P・SL = nRT3 ...... ⑤ - (3) ³T = (3) (T. + MgL) 'T nR 2nR (T₁-T₂) = 0 + W₁ P1 = (2)(2)-1) (nRT. + MgL)

こういう問題ってどっちに滑るのですか？

確認問題 31 7-1, 7-2 に対応 摩擦のある板の上に質量mの物体が置いてあ る。 この板を右図のように加速度αで運動さ せたところ、物体は板の上をすべることなく 一体となって動いた。 重力加速度をg, 静止 摩擦係数をμとして,以下の問いに答えよ。 (1) 摩擦力をfとして, 板に乗っている ANDRE m 人から見たときの, 物体の水平方向の力のつり合いの式を立てよ。 A 板の加速度を大きくしていったところ,加速度がαになったときに物体はすべ り始めた。 (2) を求めよ。 a INAUTOMA

この問題どういうふうに運動してるのか全然わからないです 教えてください🙏

** 44 【4分･8点】 半径Rの輪と穴のあいた質量mの小球がある。小球は輪 に通されており, 輪に沿ってなめらかに動くことができる。 図のように, 輪が中心を通る鉛直な軸のまわりに一定の角 速度ωで回転している場合,小球にはたらく力のつりあい を輪といっしょに回転する立場で考える。輪に対する小 球の位置は,角度0で表し,重力加速度の大きさは 」 とす る。工人 ① mRw²² 〆問2 (1) g V2R g authenits VR §7 慣性力 4問1 (問1 小球が位置 0 にある場合, 小球にはたらく遠心力の大きさはいくらか。 ② m Rusin0 ③mRw² cost ④ mRw&tand 小球が0=60°の位置に止まっている場合, wはいくらか。 2g g ©√²22 @ 2√2/2 ③ ④2人 VR R W 61 R RS ROY00-000098 m

(1)についてです！！ 最後Aの内部エネルギーを求めているところで、何故定積変化の熱量の式が使えるのでしょうか。 αから熱を与えるとAの体積はV0+V0/2になってるんですよね？ これはAがしている仕事ではないということでしょうか。よろしくお願いします🤲🏻

24 熱 28*A,B 内には気体がnモルずつ入っていて はじA めの圧力、体積、温度はともに Po, Vo, To である。 n To B Vo n 加熱器αから熱を与えると, ピストンは滑らかに動 Vo きBの体積は となった。この間,冷却器 β で熱 2 を奪い, B内の温度は T に保たれている。 気体の定積モル比熱をCとし To Vo β以外は断熱材でできているものとする。 (1) A内の気体の内部エネルギーの増加はいくらか。 (2)α から与えた熱量を Q1 とすると, βにより奪った熱量Q2はいくらか。