学年

質問の種類

物理 高校生

高校物理の質問です。 (ア)〜(エ)および(カ)〜(コ)の解き方を教えてください。途中式など書いていただけると大変助かります。 一部でも構いません。

以下の文章中の(ア)~(エ)および(カ)~(コ)に適切な式を記入しなさい。(オ)には文章中の指示にしたがって適切 なグラフを描きなさい。ただし、解答にんを用いてはならない。 なお、文章中の角度の単位はラジアンである。 図1のように、x ≥0の領域において一様な磁束密度 (大きさB)の磁場がかかっている。 磁場の向きは、 図1の右図 において、紙面の手前から奥に向かう方向である。x < 0の領域には磁場はかかっていない。半径aで中心角”の扇形 コイル OHKLが磁場と垂直なx-y平面内にあり、原点を中心としてx-y平面内でなめらかに回転できる。 0 と Lは、図1の左図の端子P, Qをとおして、電気抵抗 R の抵抗器、電気容量 C のコンデンサー、およびスイッチ1, S2からなる図2の回路の端子P,Qと常につながっている。 OLは十分に短く、 KL の長さをaとみなし、扇形コイル を貫く磁束は、半径がaで中心角がこの扇形の面積を貫く磁束と考える。 導線の太さや質量および電気抵抗、扇形コイ ル以外の部分で生じる誘導起電力、自己誘導、および空気抵抗の効果は無視する。また、扇形コイルの変形は考えな い。 (1) スイッチS」を閉じ、S2を開いた状態で、点 H に外力を加えることで、扇形コイルを一定の角速度w (0)で図1 のように反時計回りに回転させた。時刻t = 0において点 H はx-y平面内の座標 (0,a)の位置にあった。微小時間経 過後に、扇形コイルを貫く磁束が減少し、端子 P に対する端子Q の電位は(ア)となった。このとき扇形コイルは、 K→Lの方向を正として=(ア)×(イ)の電流が流れ、導線 KL が磁場から受ける力の大きさは(ウ)であった。そ の後、時刻t=(エ)で、はじめて扇形コイルに流れる電流が0となった。t = 0から扇形コイルが一回転するt=2まで の時間の、K→L 方向を正とした電流の時間変化を実線で描くと(オ)となる。 扇形コイルが一回転するまでに抵抗器 で生じたジュール熱は (カ) であった。扇形コイルに加えた外力がした仕事が抵抗器で発生したジュール熱と等しい ので、時刻 (0 <t < t) において点Hに加えた外力は (キ) であることがわかる。 ただし、 外力は常に扇形コイルの円 弧の接線方向にかけるものとする。 (2) スイッチ2を閉じ、 S を開いた状態で、 点Hに外力を加えることで、 扇形コイルを一定の角速度w(0) で図1の ように反時計回りに回転させた。時刻t=0において点Hはx-y平面内の座標 (0,a)の位置にあり、このときコンデン サーには電荷が蓄えられていなかった。 微小時間経過後に扇形コイルには電流が流れ、コンデンサーは充電されはじ めた。その後、時刻t = (エ)までにコンデンサーは十分に充電され、回路を流れる電流は0となった。このときコンデ ンサーに蓄えられた電気量は(ク)であった。時刻から2tの間に、 コンデンサーは放電し蓄えられた電気量は 0 と なった。時刻から2ちの間に抵抗器で発生したジュール熱(ケ)であった。また、時刻から2tの間に回路に流 れる、時間とともに変化する電流の大きさをI とおく。このとき、コンデンサーに蓄えられている、時間とともに変化 する電気量の大きさは(コ)となる。 H B(IIの領域のみ) W PO I KT S₁ R Sa Q -OP 扇形コイルを真上から見た図 図1 図2

解決済み 回答数: 1
理科 中学生

(2)ばねののびと、糸を引いた距離の値は全くおなじになりますか?理由も教えてほしいです🙇‍♀️ このようなグラフになる理由は理解できました

力と仕事に関する (1)~(4)の問いに答えなさい。 次の実験1~3を行った。 ただし, 質量100gの物体にはたらく重 (8点) 力の大きさを1Nとする。 なお, ばねと糸の重さ, 滑車と糸の摩 擦は考えないものとし、 糸はのびないものとする。 図 11 ばね 実験 1 表2 図11のように, ばねにおもりをつり下げて, おもりの 質量とばねののびの関係を調べた。 表2は,その結果をま とめたものである。 おもり 図 12 天井 おもりの質量(g) ばねののび (cm) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 0.9 1.9 3.0 4.0 5.1 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 定滑車 実験2 実験1で用いたばねを使い, 図12のように床に置いた 12M120gの物体と糸をつなぎ,定滑車にかけた。このとき, 物体 ばねののびは0cmであった。 次に, ばねにつないだ糸を 静かに下向きに引くと, ばねはのびはじめた。 床 図 13 天井 定滑車 実験3 ① 図13のように, 実験1で用いたばねに糸をつなぎ, 40gの動滑車と120gの物体をつり下げて, モーターの 軸で糸を巻きとれるようにした。 はじめ, モーターの 軸が回転しないように, 手で固定した。 ヲびきってる 2 電源装置のスイッチを入れて、モーターの軸から手 をはなすと,モーターは糸を静かに巻きとりはじめ, 動滑車と物体が引き上げられた。 240 動滑車 物体 |モーター 電源装置 床 (1) 図14の矢印は、実験1でばねにつり下げられたおも りが静止しているとき, おもりにはたらく重力を表して いる。このとき, ばねがおもりを引く力を, 図14にか きなさい。 (2) 実験2で,糸を引きはじめてから10cm 引くまでの間 の, 糸を引いた距離とばねののびの関係を表すグラフ を,図15にかきなさい。 図 14 図 15 10 9 x7x

解決済み 回答数: 1
理科 中学生

🟥は🟦でも、仕事の原理で計算できますか? また、なぜ🟥動滑車なのに計算しているのですか?(4)また、何秒かかったか?という問題です

6 力と仕事に関する (1)~(4)の問いに答えなさい。 (8点) 次の実験1~3を行った。ただし, 質量100gの物体にはたらく重 力の大きさを1Nとする。なお,ばねと糸の重さ, 滑車と糸の摩 擦は考えないものとし, 糸はのびないものとする。 図 11 実験 1 図11のように, ばねにおもりをつり下げて, おもりの 質量とばねののびの関係を調べた。 表2は,その結果をま とめたものである。 おもり 表2 図 12 天井 定滑車 おもりの質量 (g) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ばねののび (cm) 0 0.9 1.9 3.0 4.0 5.1 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 実験2 実験1で用いたばねを使い, 図12のように床に置いた 1N120gの物体と糸をつなぎ, 定滑車にかけた。 このとき, ばねののびは0cmであった。 次に, ばねにつないだ糸を 静かに下向きに引くと, ばねはのびはじめた。 実験 3 ① 図13のように, 実験1で用いたばねに糸をつなぎ、 40gの動滑車と120gの物体をつり下げて, モーターの 軸で糸を巻きとれるようにした。 はじめ, モーターの 軸が回転しないように, 手で固定した。 物体 床 図 13 天井 定滑車 ごきってる 電源装置のスイッチを入れて,モーターの軸から手 をはなすと,モーターは糸を静かに巻きとりはじめ、 動滑車と物体が引き上げられた。 24h 動滑車 モーター 物体 電源装置 軸 (1) 図14の矢印は, 実験1でばねにつり下げられたおも りが静止しているとき, おもりにはたらく重力を表して いる。このとき, ばねがおもりを引く力を、 図14にか きなさい。 (2)実験2で, 糸を引きはじめてから10cm引くまでの間 の、糸を引いた距離とばねののびの関係を表すグラフ を図15にかきなさい。 (3) 実験3の①で、動滑車と物体をつり下げたときのばね ののびは何cmか。 計算して答えなさい。 (4) 実験3の②で、動滑車と物体を50cm 引き上げるときの モーターの仕事率が0.2Wであった。 モーターが巻き とった糸の長さは何cmか。 また, 何秒かかったか。 そ れぞれ計算して答えなさい。 図 14 図 15 10 ばねののび 98 7 6 4 (cm) 3 2 1 2 xx 床 012345678910 糸を引いた距離(cm)

解決済み 回答数: 1