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物理 高校生

解答が載っていなかったので、解答解説よろしくお願いします(_ _)

次の問いの空所( )をうめて文章を完成させよ。 Ⅰ 図1のように、長さL [un] の鉛直な軌道PQ, 点Oを中心とする半径L 〔m〕 で中心角90度の円弧状の軌道 QR, およ び水平な軌道 RST がなめらかにつながっている。 区間 RS は長さL 〔m〕 であらく,それ以外の区間はなめらかである。 質量 m (kg) の小物体AをPから静かに放したところ, A は軌道に沿って運動し, ST上で静止している質量 (kg) の小物体Bと弾性衝突した。 ただし,重力加速度の大きさをg 〔m/s2] とし, Aと軌道RS との間の動摩擦係数をμ'′と する。 また, すべての運動は同じ鉛直面内で起きるものとする。 L □A P L 問4AとBが衝突した後のBの速さは ( のときである。 0 ER 問1AがRを通過する直前のAの速さは ( きさは ( ) [N] である。 問2AがSを通過した直後のAの速さは( 問3AがRを通過してからSに到達するまでの時間は ( L S パ E S R2 ⅠⅠ 図2のように, 抵抗値 R [Ω] の電気抵抗 R1, 可変抵抗器 R2, 内部抵抗の無視できる起電力 V [V] の電池 E, 電気容 量C〔F〕 のコンデンサー C, およびスイッチSからなる回路がある。 はじめSは開いており, Cに電荷はたくわえられ ていないものとする。 C R1 図2 B T [ms] であり,このときAが軌道から受ける力の大 ) [m/s]である。 ) [s] である。 ) (m/s) である。 問1 R1 を流れる電流の大きさが Io [A] であったとすると, R2 の抵抗値は ( [Ω] である。 問2 R2 の抵抗値を変え, R2 の両端の電圧を V, 〔V〕 とした。 このとき, R2 の消費電力はV2, V, R を用いて ) 〔W〕 と表される。 また, R2 の消費電力が最大となるのはV2が( ) (V) 問3 つぎに, R2 の抵抗値をR [Ω] に変えてからSを閉じた。 Sを閉じた直後に R」 を流れる電流の大きさは ( ) [A] であり, Sを閉じてからじゅうぶん時間が経過した後, Cにたくわえられている静電エ ネルギーは ( ) [J] である。

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化学 高校生

問題の下線部a,bで、「4.0mL過マンガン酸カリウムを滴下して、溶液が赤紫色になった」=「過酸化水素がすべて反応した」とならないのに、下線部cでは同じ様に溶液が赤紫色になって、過酸化水素がすべて反応しているのはなぜですか?

114 第3編 物質の変化 1 2 MnO, MnO. MnO, +4H- → MnO MnO2H.O → MnO) +2H,O 4 MnO, + 4H' + 3e → MnO +2HO 中性条件では、中のは非常に少ないので、 小式をHOが反応した形に改める必要がある。 両辺に 40H を加えて整理すると、 MnO + 2H.O +3e (5) MnO +40H 過酸化水素H.O. 還元剤として働くと。 酸素 O H₂O₂ → O2 +2H++20 ······(6) (5) 2+⑥)×3より、 e を消去すると、 2MnO, +3H₂O₂ 2MnO +30+ 2OH + 2H2O ( 両辺に2Kを加えて整理すると 2KMnO, + 3H₂O₂ 2MnO2 +302 + 2KOH+2H2O b. この反応は過酸化水素の分解反応であり, MnO2 はこの反応の触媒として働く。 2H2O→2H²O+O・・・8 (2) ②式より、 中性条件では、 MnO4 H2O2 =2:3(物質量比) で反応するから, MnO と反応した H2O2 の物質量 をx(mol] とおく。 2.0×10-³X -4.0 1000, ∴x=1.20×10-*[mol] (3) 酸性条件で, KMnO が酸化剤として働くとマ ンガン (II)イオン Mn²+ に変化し、 無色の溶液とな る。その半反応式は、 x=2:3 MnO +8H+ +50 → Mn²+4H2O・・・・ ⑨ H2O2 → O2+2H+ +2e...... ⑥ ⑨ x2+⑥×5 より, e を消去すると. 2MnO +5H2O2+6H+→ (2.0×10× 9.6 ⑩0 式より、 酸性条件では、 MnO4 H2O2=25(物質量比) で反応するから, MnOと反応した H2O2 の物質量 をy [mol] とおく。 2Mn²+ +50+8H2O•••••• ⑩0 1000, -) :y=2: E y=4.80×10 *[mol] (4) ⑦ 式の反応で発生したO2 の物質量は, 反応 したH2O2 の物質量と同じ 1.20×10mol MnO4′ と反応しなかった H2O2 の物質量は, 4.80×10 -1.20×10=3.60×10[mol] ⑧式の反応で発生したO2の物質量は, ⑦式で反 応しなかった H2O2 の物質量の1.80×10mol 発生したOの全物質量は 120×10 + 1,80×10-300×10mol (5) (3) より 希釈した過酸化水素水中で 10molの溶質が溶液 10.0mL中に含まれる。 そのモル濃度は、 -4.80×10 「mol/L 市販のオキシドール中の過酸化水素の濃度は、 木で20倍に希釈して実験したことを考すると 4.80×10×20-0.96 [mol/L」 オキシドール1L (1000cmについて考える。 H2O)のモル質量は.34g/mol 溶液の質量 1000×1.02-1020[g] 溶質の質量 0.96×34-32.64[g] 4.80×10'[mol] 1.0×10 (L ) (7) 32.64 (溶室 (溶液) 1020 ×100-3.2% 166 (1) [Fe']: [Fe'] = 5:12 (2)3) 解説 (1) 混合物中の FeSOHOをxmil Fe2 (SO) H2O をy [mol] とおく。 実験Ⅰより, 酸化剤のKMnO は、 酸化剤である。 Fe' とは反応せず 還元剤である Fe”“のみと酸化 還元反応を行う。 MnO +8H'+5e → Mn²+ +4H.O Fe2+ →Fe²+ +e- 実験Ⅰの酸化還元滴定の終点では次の関係が成り 立つ。 (酸化剤の受け取った電子の物質量) ひ = (還元剤の放出した電子eの物質量) . 10.0 50.0 1000 100 (溶液A100mLのうち.10.0mLを使っ 2.00×10-X ×5=xx x=5.00×10 [mol] 実験ⅡⅠより, 十分量の硝酸(酸化剤)を加えたこと で水溶液中の Fe²+ はすべて Fe - に酸化される。 溶液A100mLから生じる Fe*の総物質量は、Fai- が酸化されて生じる 5.00×10mol と Fe (SOHO ymol から生じる2y molの和に等しい。 Fe" に NaOH水溶液を加えて塩基性にすると、 酸化水酸化鉄(II) FeO (OH) を生じ,さらに加熱す ると脱水して、酸化鉄(III) Fe2O を生成する。 +30H -H₂O Fe3+ FeO (OH) Fe:0₁ 各物質の係数比より, Fe1mol から Fe2O(式量 160) が 1mol 生成する。 溶液A 100mLあたりで考えると, Feの物質量 に関して次式が成り立つ。 165 オキシドールの酸化還元滴定> ★★ 市販のオキシドール中の過酸化水素の濃度を調べるために,以下の実験を行った。 答の数値は有効数字2桁で答えよ。 (原子量: H=1.0.0 = 16 ) 市販のオキシドール10.0mLを純水で希釈して正確に200mLとした。 この試料水溶液10.0mLを2.0×10mol/L 過マンガン酸カリウムを用いて滴定し たところ, 溶液中に褐色の沈殿が生成し, 4.0mL滴下したところでKMnO」の赤紫色 がわずかに残る状態となった。 しかし, b KMnO 水溶液の滴下をやめても、 気体の発 生がしばらく続いた。 この試料水溶液10.0mLに希硫酸を加えて酸性にしてから2.0×10mol/L KMnO4 水溶液を用いて滴定したところ, 溶液中に褐色の沈殿が生成することなく, 9.6mL滴 下したところで KMnO の赤紫色がわずかに残る状態となった。 (1) 下線部alonで起こった反応を、化学反応式で示せ。 (2) 下線部a, KMnO」 と反応した過酸化水素の物質量は何molか。 (3) 下線部cで, KMnO〟 と反応した過酸化水素の物質量は何molか。 下線部a, bで発生した気体の物質量は,あわせて何mol か。 (5) この実験で用いたオキシドール中の過酸化水素のモル濃度と質量パーセント濃度 はそれぞれいくらか。 ただし, オキシドールの密度を1.02g/cm²とする。 (近畿大改) (5 =400+ 5.00 > ► 167 (2) Cus 251 352 べる特 存在し の物 (2) O t Cu の物 は1 (i は1 I L₂+ (2) 解 F ( C (1 (L (1 (2

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数学 高校生

213. [3]でaは正の定数だから0<aであることは当然なのに 0<3a/4<1と書いているのは「すなわち」の後で aがどんな正の定数であっても[1],[2],[3]のいずれかに 属するためですか??

とにかく文 がらくになるよう とする。 平方の定理 数の変域を確認 ■柱の体積) 底面積)×(高さ) をVで表す。 0.は変域に含ま ないから、茨城の に対するVの値は 今後、本書の 2/ の方針で書く。 2x(a²- 基本例題213 係数に文字を含む3次関数の最大・最小 aを正の定数とする。3次関数f(x)=x-2ax+αx 0≦x≦1における最大 値M (α) を求めよ。 [類 立命館大] 基本 211 重要 214 指針 文字係数の関数の最大値であるが, p.329 の基本例題211 と同じ要領で, 極値と区間の端 での関数の値を比べて最大値を決定する。 (s) f(x)の値の変化を調べると, y=f(x) のグラフは右図のようにな る(原点を通る)。ここで, x=1/3以外にf(x)=f(1/3)を満たす (これをとする) があることに注意が必要。 よって、1/3 ( 1 <a) 区間 0≦x≦1に含まれるかどうかで場 a <α 3 合分けを行う。 解答 f'(x)=3x²-4ax+a² =(3x-a)(x-a) f'(x)=0 とすると x= a 3 ゆえに " ここで, x=1/3以外にf(x)= 4 a>0であるから, f(x) の増減表f(x) は右のようになる。 練習 1213 a x (*) 4 f'(x) + 3 1≦a≦3のとき 430 a |極大] 4 5a³ 27 を満たすxの値を求めると 4 f(x)=27a²³5x³-2ax² + a²x=27a²=0 αから a |=0 x=1/04 であるから (x - ²)²(x - 3/3-a)= したがって、f(x) の 0≦x≦1における最大値 M (α) は [1] 1</03 すなわちa>3のとき te 3 [2] 1/23 215/1/31 すなわち of sa≦3のとき [3] 0</1/23a <1 すなわち0<a<2のとき 以上から0<a<2,3<a のとき 1: aは正の定数とする。 関数f(x)=- ける最小値m(a) を求めよ。 a 0 極小 3 +: x=- x3 3 3 M(a)=f(1) M(a)=a²-2a+1 M(a)= 24/7a²³ phi M(a)=) M(a)=f(1) a 5+2ax²-2a²x f(x)=x(x2-2ax+α²) =x(x-a)^ から O (3)= (-3/a)² = 27ª² [1] YA [2] y Q3 O YA [3] y α3 -a²-2a+1 I -最大 II 1 a 3 3 a ax 1 a a²-2a+1 O a 3 注意 (*) 曲線 y=f(x)と直線y=27d" は、x=1/3の点において接するから、f(x)は (x-)- で割り切れる。このことを利用して因数分解している。 最大! a 4 a x ax²-2ax+αの区間 0≦x≦2にお p.344 EX 138 331 6章 3 最大値・最小値、方程式・不等式 37

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数学 高校生

210. ここでのf'(x)=0が異なる3つの実数解をもたない というのは2つもつor1つもつor1つももたない のいずれかである、ということですよね?? また「f'(x)=0の実数解の前後で」とはどういう意味ですか? 記述で書かなくてもいいですか?? [1]は重解また... 続きを読む

00000 重要 例題 2104次関数が極大値をもたない条件 関数f(x)=x-8x3+18kx2 が極大値をもたないとき,定数kの値の範囲を求め よ。 指針 4次関数f(x)がx=pで極大値をもつ 解答 x=の前後で3次関数f'(x) の符号が正から負に変わる であるから,f'(x) の符号が「正から負に変わらない」条件を考 える。3次関数 f'(x) のグラフとx軸の上下関係をイメージす るとよい。なお,解答の右横の図はy=x(x2-6x+9k) のグラフである。 ƒ'(x)=4x³—24x²+36kx=4x(x² − 6x+9k) f(x) が極大値をもたないための条件は、 f'(x)=0 の実数解の ① 前後で f'(x) の符号が正から負に変わらないことである。 このことは,f'(x)のxの係数は正であるから, 3次方程式 f(x)=0 が異なる3つの実数解をもたないことと同じである。 f'(x)=0 とすると x = 0 または x2-6x+9k=0 よって k≧1 [2]x2-6x+9k=0にx=0を代入すると したがって k=0,k≧1 [2]x=0を解にもつ 1-k≤0 ① 上部ろく[福島 よって、求める条件は, x2-6x+9k=0が [1] 重解または虚数解をもつ [1] x2-6x+9k=0の判別式をDとすると D≦08-01- D=(-3)²-9k=9(1-k) であるから 144864 Alba-0)-0 k=0 383 k²1 YA k> 重解ともう1つの実数 x f'(x) + 極大) f(x) 基本203,207 De=(no 75 k=0 3 [参考 [ 4 次関数の極値とグラフ]一般に, 4 次関数f(x) [4 次の係数は正] に対し, 206307878 は3次方程式で, 少なくとも1つの実数解をもつ。 その実数解をαとし、他の2つの解が実 -AVS-84- ( f(x)=0 数であれば B, γとする。 この解は次の4つの場合がある (4次の係数が負のときは、図の上下が 逆になり,極大と極小が入れ替わる)。 異なる3実数解 ② とする) gra, b p /k=1 0 1313/07 " € 01

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数学 高校生

209. これってどこが間違ってますか??

である。 こなる。 無値をもつよ 囲を求めて 例題 207 =2は、関数 の和が2であ 重要 例題 209 3 次関数の極大値と極小値の差 | 関数f(x)=x-6x+3ax-4の極大値と極小値の差が4となるとき, 定数αの 値を求めよ。 |指針>前ページの例題と同じ方針で進める。 x=α で極大値, x=βで極小値をとるとすると 極大値と極小値の差が 4 ⇔f(α)-f(B)=4 f(a), f(3) を実際に求めるのは面倒なので, f(a) -f (B) を α-B, a+β,αB で表し, 更に (α-B)'=(a+B)-4cβ を利用することで,α+ß,αβ のみで表すことができる。 TERO (A0+xa-x Raythiel 答 f'(x)=3x²-12x+3a 数 のときに大竹をよ f(x) は極大値と極小値をとるから, 2次方程式f'(x)=0 すな わち3x²-12x+3a = 0 ① は異なる2つの実数解 α, β (α<β) をもつ。 よって, ① の判別式をDとすると D>0 D KETE 2=( =(-6)-3-(3a)=9(4-α)であるから 4-a>0 0090 =(a−ß){(a²+aß+ß²)−6(a+ß)+3a} 136 [38\ a. =(a-β){(a+β)2-aß-6(a+β)+3a} α+B=4, aβ=a ① で, 解と係数の関係より よって (a-β)²=(a+β)²-4aß=4²-4・a=4(4-α) x a B したがって a<4 f'(x) + 0 - 0 + f(x) の x の係数が正であるから, f(x) は x=αで極大,x=B f(x) 極大 極小 > で極小となる。 CƏSÁŽNE <3JR$ 0=> [s] f(a)-f(B)=(α3-β3)-6(α²-B2)+3a(α-β)3次関数が極値をもつとき 極大値> 極小値 α<Bより,α-β<0であるから ゆえに a-B=-2√4-a f(a)-f(B)=-2√4-a (4-a-6・4+3a) X=1 (30))=-2√/4-a{-2(4-a)} HOCSON = 4( √4-a)³ f(a)−f(B)=4であるから すなわち (√4-a)³=1 ゆえに, 4-α=1から 4(√4-a)³=4 よって a=3 √4-a=1 これは②を満たす。 今回は差を考えるので, α<βと定める。 基本208 ② から 4-a> よって √4-a>0 ◄4-a=(√√4-a)² 検討 f(α) -f (B) の計算は,第7章で学習する積分法を利用すると, らくである。 f(a)-f(3) = f(x)dx=3(x-a)(x-3)dx=3[ - = (a-B)"} これにα-β=2√4-α を代入して, f(a) -f (B)=4(√4-α) となる。 . <√4-α=1 の両辺を2乗し て解く。 -p.352 基本例題 230 (1) の公式を利用。 =で極大値, x=βで極小値をとるとき, 3. E 3

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数学 高校生

207.3 Q.極値を持たないためにはどうすればいいか? →単調増加または単調減少のグラフなら極値を持たない →つまりf'(x)の符号が変わらない →つまり実数解を1つだけ持つか1つも持たないとき →つまりD=0またはD<0 →D≦0 と記述の方針は理解できていると思うので... 続きを読む

たない。 に変わる。 の値をもとの = (変数4個で笑 であるから, る)。 う, 十分条件でお 確認。 の符号の変化を、現 示している。 基本例題207 3次関数が極値をもつ条件, もたない条件 ①①①① (1) 関数f(x)=x2+ax2が極値をもつとき,定数aの満たすべき条件を求めよ。 (2) 関数f(x)=x6x2+6axが極大値と極小値をもつような定数aの値の範囲 を求めよ。 (3) 関数f(x)=x+ax²+x+1が極値をもたないための必要十分条件を求めよ。 ただし, aは定数とする。 AGUS 指針3次関数f(x) が 極値をもつ ⇔f'(x) の符号が変わる点がある ⇔f'(x)=0 が 異なる2つの実数解をもつ ⇔f'(x)=0 の判別式 D> 0 から、上の例で の関係により 解答 (1) f'(x)=3x2+2ax f(x) が極値をもつための条件は、 f'(x)=0が異なる2つの実 数解をもつことである。 3x2+2ax=0 の判別式をDとする -=a²-3.0=a² と D>0 ここで ゆえに, d²>0 から a = 0 D 154 (2) f'(x)=3x²-12x+6a=3(x2-4x+2a) ロ)+(8+ f(x) が極大値と極小値をもつための条件は,f'(x)=0が異 なる2つの実数解をもつことである。 Altells よって, x2-4x+2a=0の判別式をDとすると 1=(-2)^-1・2a=4-2a から, 4-2a>0より (3) f'(x)=3x2+2ax+1 f(x) が極値をもたないための必要十分条件は,f'(x) の符号 が変わらないことである。ゆえに,f'(x) = 0 すなわち 3x2+2ax+1=0 実数解をもたない。 よって、①の判別式をDとすると ここで ゆえに (a+√3)(a-√3)≦0 ...... 4 D≤0 D=q²-3・1=(a+√3)(a-√3) JERS 極大 y=f(x) x=α ① は実数解を1つだけもつかまたは 4/4-a)=4 £57 ...... 基本 201206 重要 210 778 の係数)>0のとき IV x=B a 極小 3次関数が極値をもつとき, 極大値と極小値を1つずつ もつ。 x(3x+2a)=0 から x=0, a≠0 よって としてもよい。 (3) 2 3 (D>0 ) · |- · - (- / -) - a<2 D=0 (*)CO DO a y=f'(x)) y=f'(x) / y=f'(x) GREY & | (*) D<0は誤り。 x 32 E 3 木 1

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