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物理 大学生・専門学校生・社会人

東北大学令和5年度AO入試理学部物理系の問題です。解答がない上、解きすすめ躓きました。よければ(4)以降教えていただけると幸いです。よろしくお願いします。

問2 図2のように xy平面内を運動する荷電粒子を考える. 紙面表から裏向きに磁束 密度の大きさBの一様な磁場がかけられている. 荷電粒子の質量をm, 電荷をg (g>0) とする. 重力の影響および荷電粒子の運動による電磁波の放射は無視できるとする. 以下 の問題では、粒子の速度および加速度が粒子の位置(x,y) の時間tによる微分を用いて, dx dy) および (az,ay) = dvdvy と与えられることに注意すること. (Vx, Vy) = dt' dt. dtdt (1) my 平面内での荷電粒子の速度が (vェ,y), 加速度が (azsay) のとき, 荷電粒子の運 動方程式を m, ax, ay, Us, y, 豆, B を用いて表せ. (2) 荷電粒子の時刻t = 0 での速度が (ux, y)=(V,0)であるとき,一般の時刻 t (t> 0) での速度は (ひz, y) = (V cos wt, V sin wt) となる. ここでw, V は定数で ある. この式を問 (1) の運動方程式に代入することによりωを求めよ. 次に図3のように, 一様磁場に加えて,大きさ E の一様な電場をy軸の正の向きに加 える. (3) 荷電粒子が時間によらない一定の速度 (uz, Uy) で運動しているとき,その速度 (ux, uy) を B, E で表せ. う (4) 問 (3) 一定速度 (uz, Uy) で動く観測者からみた荷電粒子の速度を (ぴっぴY), 加速 度を (ds, dy) とするとき, 運動方程式をm,d's dy, 2,4,B,Eのうち必要なも のを用いて表せ. (5) (4) において, 時刻 t = 0 での速度が (v^2)=(V', 0) であるとする. 問 (2) の 結果に注意して,一般の時刻t (t> 0) での (vay) をt,w, V' を用いて表せ.ここ 問 (2) 解である. (6) 静止している人から見て, 荷電粒子が時刻 t=0において位置(x,y)=(0,0) から 初速度(vェッuy) = (0,0)で運動をはじめた. (a) 時刻t (t > 0) での荷電粒子の速度 (vx, y) を t,w, B, E で表せ. (b) 時刻 t (t > 0) での荷電粒子の位置 (x,y) をt,w, B, E で表せ. (c) 荷電粒子はæ軸 (y = 0) から離れたあと, 時刻 t = T (T> 0) で再び軸上に 戻った. t = 0 から t = Tまでの荷電粒子の軌跡の長さLをw, E, B で表せ. 磁場B 速度(vェッy) 荷電粒子 図2 -X 磁場B 図3 電場E IC

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化学 大学生・専門学校生・社会人

[2]答え方が分からないです。    (2)を教えていただきたいです。

以下の文章を読んで、 [1]~[5] の問いに答えよ。 ただし、 原子量は、 H=1.0、C=12.0、 500000 O=16.0 Ca=40.0 水のイオン積は、 [H+] [OH-]=1.0 x 10-14 (mol/L) 2とする。 2 炭酸塩骨格をもった植物プランクトンの遺骸は、深海堆積物中でみられない。 また、 隆起石灰 岩などの炭酸塩鉱物は、 風化作用によって地下水に溶け出す。 これらの現象は、海水や地下水に おいて、①微生物の代謝によって水中の二酸化炭素濃度が高まり、 ②炭酸カルシウムが水へと 溶解することによって説明できる。 [1] 下線部①の仕組みで生じる下線部②の現象を、化学反応式で示せ。 [2] 下線部②の過程を詳細にみると、水中に溶け込んだ二酸化炭素が炭酸となり、 それが二段 階に電離して H+ を生じて平衡状態となり、酸性になることが関わっている。 この時の各電 離における電離平衡定数 K1、K2は、下記のような値をとる。 H2CO3 H+ + HCO3', K1 = 4.5×1077 mol/L HCO3 H+ + CO32′, K2 = 5.0×10-11 mol/L (1) 水中に存在するそれぞれの物質濃度を [H2CO3]、 [H+] [HCO3 ] [CO32-]とする場合、 [HCO3-]と[CO 3 2 - ] を、 K1、K 2 や [H2CO3]、 [H+]、 [HCO3 - ] [CO32-] を用いて表せ。 (2) H2CO3、HCO3" CO 32 の水中における存在割合は、 pHに応じて下図のように異なっ ている。pH8の時はHCO3- が優占し、 pH12の時は CO.32 が優占することを、それぞれの 条件における HCO3-とCO2 の濃度の関係式を示して説明せよ。 100 存在割合(%) 0 H2CO3 HCO3 8 4 5 6 7 8 pH CO3 9 10 11 12 LU fan 1

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