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物理 大学生・専門学校生・社会人

電磁気の問題です。大至急解き方を教えていただけないでしょうか……。全く解き方がわかりません。どなたかどうかお願いします

問題5 (この問題では適宜対称性を援用せよ.なお, 1) 2) では Ia はIのままで計算すれば よい. 3) では Ia の表式の計算が必要となる) 極板が半径rの金属円板, 極板間距離がl の (十分理想的な) 平行板コンデンサがあるとする. いまこのコンデンサは充電中であるとする. 充電中には極板間の電場は時間変化するが, 空間的には一様 (極板間のどこでも同じ) であると仮定する.また, 2枚の極板が底面(上面・ 下面), 高さlの円柱を考えておこう. の → 1) 極板間では電流密度はすであるが,変位電流密度 J = o はすではない。極板間 で極板と同じ半径rの円板面をDとするとき をDにおいて面積分したものを,変位電 at 流La=pn as とする。 上記の仮定より Laは極板間で一様となる。変位電流 I』が上記 Jar Hola の円柱の側面に作る磁場の大きさBがB= となることを示せ. 2πr 2) 極板間の電位差を Vとする. 上記の円柱の側面におけるポインティングベクトルの大きさ Sを計算し, Sを側面にわたって積分したものを W とすると W = VI』 となることを示せ . πr² 3) 定数Cを C= com とおく。 時刻がt=0〜tのときに、電位差がV= 0〜V と変化した l とする.このとき, 2) の Wを積分すると - wa = 1/2 CV2 となることを示せ。 W dt

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化学 大学生・専門学校生・社会人

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[実験1] 図Ⅰ 紙テープ 斜面A 図Iのように、紙テープを つけた台車を斜面Aに置き, 50 静かに手を離したところ, 台 は斜面を下った。 一秒間 隔で点を打つ記録タイマーを 用いて台車が手から離れた後 の運動を, 紙テープに記録し た。 図ⅡIは、斜面を下ってい るときに記録された紙テープ を5打点ごとに切って台紙に はり、5打点ごとに移動した距離を示したものである。 実験1において, 記録タイマー [実験2] ・台車 図Ⅲ 小球 図Ⅱ 5 ab 時間 打点ごと 8.9 6.3 3.8 1.3 [cm] 0.0l (1) よく出る ① 図ⅡIの紙テーブXに記録されたときの, 台車の平均 の速さはいくらか, 書きなさい。 ② 台車が斜面を下っているとき, 台車の運動方向には たらく力の大きさはどうなるか、正しいものを、次の ア~ウから選びなさい。 ア. しだいに小さくなる イ. 変わらない ウ. しだいに大きくなる 図Ⅲのように,実験1で用いた斜面Aの前方に台を置 き斜面AのP点に小球を置いて静かに手を離した。 小 球が手から離れた後の運動をデジタルカメラで撮影し, 小球の速さを測定した。 なお, 台の高さは床からP点ま での高さの半分であり、台の上面は水平となっている また、台の斜面の角度は, 斜面Aの角度と同じであるも のとする。 P点 ab 時間 床 斜面 A (2) 図ⅣV は, 実験2で, 斜面AのP 図ⅣV 点から下っていった小球が水平な 床を進み, 台の斜面を上り始める までの、 時間と速さの関係を表し たグラフである。 次の①,②の問 いに答えなさい。 ① 台を上って水平な面を進んだ 後斜面を下って床に到達するまでの, 時間と速さを 表すグラフとして最も適切なものを,次のア~エから 選びなさい。 なお、小球は台から離れないで進むもの とし、グラフ中の ab間は, 小球が床を移動している 時間を表すものとする。 ア 速 2 床 01 20 X I a b 時間 ab 時間 時間 ②図IVのように、小球が床を移動している間の速さは、 グラフのab間で示されたように一定となった。 この 理由を,小球にはたらく力に着目して、簡潔に書きな さい。 [実験3] 次の図Vのように,実験2で用いた斜面Aの前方に、 斜面Aと同じ角度の斜面を持つ斜面Bを逆向きに置いた。 P点に小球を置き. 静かに手を離したところ、 斜面上 のQ点 床上のR点. 斜面B上のS点を通って, P点と 同じ高さの丁点まで上った。 なお, Q点とS点の高さは 床からP点までの高さの半分であるものとする。 KIV P点 Troed Qu'i 床・R点 図 VI AVER S 斜面 (3) 実験3において、 ① 小球がP点からT点まで移動する間で. 小球が持つ 位置エネルギーの大きさが最大となっている点を、図 V中のP点 Q点 R点 5点 T点の中から, 全て 選びなさい。 S点 群馬県 ② 小球がP点からT点まで移動する間で、 小球が持つ 運動エネルギーの大きさが最大となっている点を,図 V中のP点 Q点 R点 S点 T点の中から, 全て 選びなさい。 [実験4] 斜面C 丁点 図VIのように, 実験3の斜面BをS点の位置で切断し、 斜面Cを作った。 P点に小球を置き, 静かに手を離した ところ, 小球は斜面Aを下って床を進み、 斜面Cから斜 め上方に飛び出した。 -P点 S点 REA (4) 実験4において、 ① 小球が斜面Cから斜め上方に飛び出した後、最も高 く上がったときの高さとして正しいものを. 次のア~ ウから選びなさい。 ア. P点より高く上がった。 . P点と同じ高さまで上がった。 ウ. P点より低い高さまでしか上がらなかった。 ② ① のように考えられる理由を、小球が持つ位置エネ ルギーの変化に着目して, 書きなさい。 ただし、 「位 置エネルギー」, 「運動エネルギー」 という語をともに 用いること。

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