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理科 中学生

印が付いている問題がわかりません。解説できる方、お願いします。答えは(3)イ(4)アです。

電流と磁界 ② 278m (R5 石川改) 〈14点×3> 図1 電源装置 スイッチ 抵抗器 エナメル線でコイルと回転軸をつくり、回転軸のエナメルをすべて はがした。図1のように、回路をつくり, コイルの下部を黒く塗った。 その後、スイッチを入れたところ, 回路にはの向きに電流が流れ, コイルの下部がの向きに力を受け, コイルは動き始めたが,まもな く静止した。 電源装置からは一定の向きに電流が流れるものとする。 一口(1) 一定の向きに流れる電流を何というか。 軸受け コイル 回転軸 電流計 観察する向き U字形磁石 コイルの下部 図2 N コイルが回転し続けるようにスイッチを入れたり切ったりしたい。 図1の 装置 180° 135° 225° コイルの黒く塗った部分がどの範囲を通 の向きに見た図2で, 過しているときにスイッチを切るとよいか。 次のア~エから1つ選びなさい。 90° 270° ア 0°~180° イ 90°~270° 図3 315° コイルの上部 ウ 180°~360° 観察する 向き コイルが コイルの黒く 回転する方向 360° 塗った部分 S エ 270°~360° と 0° ~ 90° コイルの下部 (3)この後、図3のようにコイルと磁石を設 置しなおした。 スイッチを入れるとコイル S はどのように動くか。 右ア のア~エから1つ選びな さい。ヒント H (1) 2 (3) ヒント (1) 2Ωの電熱線に2.0Vの電圧が加わっていることから、流れた電流の大きさがわかるね。 (3) コイルの上部とコイルの下部にはたらく力の向きをそれぞれ考えよう。 [107]

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物理 高校生

これの(3)がわかりません。

403 ころ、 の電 sin wt, EL 影響で送電先の電圧が送電元の電圧より大きくなることがあり問題。 物理 例題 91 交流のベクトル表示 物理 基礎 物理 406 抵抗R, コイルL, コンデンサーCを直列に接続し、 電圧の実効値が20Vの交 流電源に接続したところ、 実効値2.0A の電流が流れた。 この場合のLのリアク タンスを20Ω, Cのリアクタンスを15Ωとする。 (1) LとCの電圧の実効値 Vre [V], Vce 〔V] を求めよ。 (2) 電圧のベクトル図より, 電源の電圧に対する電流の位相の遅れ [rad〕 と, 抵 抗にかかる電圧の実効値 VRe 〔V〕 を求めよ。 (3) 電源電圧 V [V] 時刻f[s] を用いて V=20√2 sin 100t と表されるとき 電 [流I[A] を式で表せ。 3.14 とする 解答 (1) 交流の角周波数をw 〔rad/s], ● 138 センサー 電圧に対する電流の位相 ・抵抗→同じ。 ・コイル→だけ遅れる。 電流の実効値を I [A], Lの自己インダ クタンスをL[H], C の電気容量を C[F] とすると,VLe = wLI=20×2.0= 40[V] VLe+Vce 40V 1 120V ・コンデンサー Vce= - I = 15×2.0= 30[V] wC 10V VRe →だけ進む。 センサー 139 RLC 直列回路の交流のベ クトル表示 (電流ベクトルを右向きに 描くとすると) ・抵抗にかかる電圧 VRe は 右向き。 ・コイルにかかる電圧 Vre は上向き。 ・コンデンサーにかかる電 圧Vce は下向き。 ・電源電圧 V は, Ve=VRe+ Vie+Vce センサー 140 (2) 共通に流れる電流I を右向きのベクト ルとし、反時計回りを位相の進む向き とすると,Rにかかる電圧 VRe の位相は 電流と位相が同じなので右向きに描く。 Lにかかる電圧 VLe の位相は電流より位 π 30V Vce 相が今だけ進むので右図の上向きに描 く。Cにかかる電圧Vcの位相は電流よりも位相が今だけ遅 2 れるので上図の下向きに描く。 電源の電圧の実効値 V は, 数学的にVe=Vre + Vre+ Ve となることから,各ベクトルの 大きさを考えると, 上図のようになる。 この図より Vre+ Vcel = 10[V] となる。 よって, sinθ= | Vie + Veel_10. | Vel =0.50 20 π これより,0= - 〔rad〕 ......① 6 交流回路の瞬時値は,最大 値と位相を別々に求める。 π *te, VRe = V COS =20x 2=10√3=10×1.73=17.3 2 注 電圧や電流の最大値や位相 TRO 17(V) [ 29 などは, ベクトル表示による方 法でなくても、公式を用いて計 算で求めることができる。 (3) 電源の電圧の最大値を Vo [V], 電流の最大値を I〔A〕とす ると,V=Vosin wt のとき, I=Isin (wt-0) と表されるから, ①II より 最大値と位相を考えると, I= 2.0√2sin100㎖t- 6 29 交流と電磁波 255

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