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物理 高校生

問109のコンデンサーの問題です。 S1を端子2に切り替えたときC1の電圧が2/3Cのままである理由を教えてください。

109 ・回路とつなぎかえ> 電気量保存の法則と、電位差の関係式を用いる。 (イ)S, を端子2に入れる C2の電圧はEと等しい 「極板の間隔を2倍」 電気容量は倍 Aのほうへ電荷をもどそうとするが、 ダイオードに止められる ア) 回路は実質的に右図の実線部分となり, C1 と C2 は直列である。 C と C2 の電圧をそれぞれ V1, V2 とすると AB間の電圧について Vi+V2=E 電気量について Q=CV=2CV2 上記2式より V₁=E 別解 初期電荷が0だからCとC2の電圧の比は電気容量の逆数の比になる。 C+2CE=2/3E C の電圧 V は Vi=C+2C 2C (イ) S端子2に入れると, C2の極板間の電圧はEになるから,AB間の電位 差は Vi+E= 5 =1/32E+E=1E (ウ)BよりAのほうが電位が高いからDには順方向に電流が流れ,Dの電圧が 0になるまで電荷が移動する。 S2 を閉じた後の各コンデンサーの電位差を図のように V1, V2, Vと すると V1 + V2=V/3 ※A← ...... ① また、各コンデンサーに蓄えられている電気量はそれぞれ Q=CV1 Q2=2CV2 Q3 = 2CV3 点A側の電荷の保存より +Q+Q=+/CE+0 ゆえに Vi+2Vs = 212/2E 点P側の電荷の保存より -Q+Q2=1/3CE+2CE ゆえに Vi+2V2=1/32E -E q=Q₁==ce, 2 V-22-1/21. v= Q = 5 E₁ -3 ③ 5 ①, ②, ③ 式より V1, V2 を消去して V3 を求めると Vs= よって, 求める Q3 は 12 Q3=C₁V₁=2C ×52E=CE 12 別解 S2 を閉じた後の図で,点A, Pの電位をx, y と仮定する。点P側の 極板の電荷の保存より Cx(y-x)+2C×(y-0)=-12/3CE+2CE 点A側の極板の電荷の保存より C×(x-y)+2C×(x-0)=+/3/3CE+0 -E, =1/72E.y=1/2E -E 上記2式より x= 5 よって,C の電気量 Q, はQ=2C×(x-1)=2C×(1/E-0)=1/CE (エ) 極板の間隔を広げると電気容量が小さくなる※B。 「Q=CV」より,Q3が 一定ならば,C3 が小さくなると V3 は増加することとなる。 電荷はダイオードDを逆方向に流れることができないから, C3 の電荷が(ウ) のまま保たれる。 V1 Cx=2C×12=cQ==.22CE 2 11 2 _1.Q2 5 1 = U = 1 x V² - 1 · 2 0 - 1 0 ( 2 ) ² - 1 IC (CE) - CE = -CE2 25 144 2 2C 2 2C V20 E S1 |C1 P• ・C C 2 2C A A C₁ C₂ C1 B V3 C 2C より V1+V2=V3 S2 を閉じる前 A V₁ ※ A Vi+ V2=V V3 = V HE 2C B +2/3CE CE C3 P +2CE C21 2C-2CE B S2 を閉じた後 Ax 0 電位差 0 2C S₂ 文 C31 2C0 電位差 0 2C 気容量がいずれもC〔F〕のコンデンサー C1, C2, 抵抗値 108. 〈スイッチの切りかえによる電荷の移動> 図のように、電圧 Vo [V], 2V 〔V〕 の電池 E1, E2, 電 [R[Ω] の抵抗 R, スイッチ S1, S2 が接続されている。 最 初, スイッチ S1, S2 は開いていて,C1, C2 には電荷は蓄 えられていないものとする。また, 電池の内部抵抗は無 1+ 視できるものとする。 次の問いに答えよ。 Vo (V) E2 2V (V) (1) S, を閉じてから十分に時間が経過した。 この間に電池E」 がした仕事を求めよ。 (2) 次に, S, を開きS2を閉じた。 十分に時間が経過した後のC2 の両端の電位差を求めよ。 また, この間に電池 E2 がした仕事を求めよ。 (3) 続いて, S2 を開き, S1 を閉じた。 十分に時間が経過した後, Si を開き S2を閉じた。さら に十分に時間が経過した後の, C2 の両端の電位差を求めよ。 (4) この後,(3)の操作をくり返すと, C2 の両端の電位差はある有限な値に近づく。その値を 求めよ。 S ◆BC=es より電気容 量は極板間隔dに反比例する。 S₁ 180 114 コンデンサー 89 B R R [Ω] C₁ C [F] 109. 〈ダイオードを含むコンデンサー回路とつなぎかえ> 次のア~ウに当てはまる式を記せ。 また,エは指示通りに解答せよ。 A S2 C2 C [F] tr 図に示した回路において, C1, C2 は電気容量がそれぞれC, 2Cの平行平板コンデンサー, C3 は極板間隔を変えることが できる平行平板の空気コンデンサーで,あらかじめ電気容量 が2Cになるように極板間隔を調節してある。Eは起電力E の電池, S, S2はスイッチ, Dはダイオードである。 初め, C1, C2, C3 の電荷は0で, S1, S2 は開かれている。Dは順方 向のみに電流を通し, そのときの抵抗値を0とする。 まず, S1 を端子1に入れて C1, C2 を充電した。このとき、 C の極板間の電圧はアである。 次に, S1 を端子2に入れて, 十分時間が経 S を開いた。このとき, AB間の電位差はイになっている。この状態で、 と C3 にはウの電気量が蓄えられる。 次に, S2 を閉じたまま, Cg の極板 に広げた。 この操作の後, Ca における極板間の電圧 V, 蓄えられている電気 の電気容量 Cx と,極板を広げるのに必要とした仕事Uを, C, Eなどを用い れを区別してエに示せ。 S₁ E 12 =C2 B 110. 〈4枚の導体板によるコンデンサー回路) 次のア~スソーチの中に入れるべき数や式を求めよ。 る文章を解答群から選べ。 ただし,数式はC, V, dのうち必要なも

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化学 高校生

酸化剤、還元剤の反応は暗記ですか?

解説 (1) 入試攻略 次の化学反応式を記せ。 (1) 銀に希硝酸を加える。 (2) ヨウ化カリウム水溶液に過酸化水素水を加える。 (3) 硫化水素の水溶液に二酸化硫黄を通じる 答え への (2) 必須問題 (還元剤: Ag→ +) 酸化剤:NO +3e_ Ag+ + e) x3 + 4H → NO + 2H2O 3Ag + NO + 4H+ → 3Ag + NO + 2H2O HはHNO3 の電離によるものなので,両辺に3つNO" を加えて, HT, NO3をHNO, Ag, NO AgNOとします。 3Ag + NO3 + 4H+ + 3NO₂- 4HNO3 3Ag + 3NO + NO + 2H2O 3AgNO 還元剤: 21 → I + 20 +) 酸化剤: H2O2 + 2e + 2H+2H2O 21 + H2O2 + 2H → I2 + 2H2O I は KI, H+ は H2Oの電離によるものなので,両辺に2つのK*と2つの OHを加えて, K, I を KI, H, OH を H2O とします。 2K+ +2I + H2O2 + 2H+ + 2OH → I2 + 2H2O + 2K + 2OHT 2KI 2H2O H2Oが両辺に存在するので, これを消去し,残った K*, OH KOH します。 2KI + H2O2 + 2H2O → I2] + 2H2O + 2K+ + 2OHT 2KOH (3) (還元剤: H2S S + 2H+ + 2e" ) ×2 +) 酸化剤: SO2 + 4e + 4H → S + 2H2O 2H2S + SO2 + 4H+ 3S + 4H + 2H2O 両辺に存在する H+ を消去します。 入試突破 TIPS!! のための (1) 3Ag + 4HNO 3 3AgNO3 + NO + 2H2O (2) 2KI + H2O2 → I2 + 2KOH (3) 2H2S + SO2 3S + 2H2O 酸化剤と還元剤の半反応式を書き, 電子eの係 数が同じになるようにそれぞれ何倍かずつして足し合わ 49 酸化還元反応と物質量の計算 161

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化学 高校生

(3)の問題で、赤い線を引いたところ2つを足したものと青い線を引いたところを🟰にして考えるのかなと思いましたが、加えた硫酸は(1)のアの式をつくる際に、反応に直接関係しないからイオン反応式の時点ではカリウムと同様に書かれていないことや、(6)の問題文にもあるように溶液を酸性... 続きを読む

常温常圧で無色の固体 124 正確な濃度のシュウ酸標準溶液を用いて過マンガン酸カリウム水溶液の濃度を求め,その過マンガン酸カリウム水溶液を用 いて過酸化水素水中の過酸化水素 H2O2 の濃度を求めることができる。 純粋なシュウ酸二水和物(COOH)2・2H2O0.630g を蒸留水に溶かしてメスフラスコに入れ, 蒸留水を加えて100.0mLにした。 このシ ュウ酸水溶液10.0mL をホールピペットでコニカルビーカーに取り, 9.00mol/L 硫酸 5.00mL を加えて (a) 60℃まで温め, (b) 濃度未知の 過マンガン酸カリウム水溶液で滴定したところ, 9.80mL を要した。 濃度未知の過酸化水素水 10.0mL をホールピペットで取ってメスフラスコに入れ, 蒸留水で薄めて全量を 100.0mLとした。 この 過酸化水素水 10.0mL をホールピペットで取り, 9.00mol/L 硫酸 5.00mL を加えて先の過マンガン酸カリウム水溶液で滴定すると, 9.45mL を要した。 無色透明な液体 なお, 原子量はH=1.0,C=12.0, 0=16.0 とし, 数値は有効数字3桁で答えよ。 (1) 次の文章中の に適する化学反応式を入れよ。 硫酸酸性における過マンガン酸カリウムとシュウ酸との反応を化学反応式で書くと(ア)となる。 過酸化水素水は、 過マン ガン酸カリウムのような強い酸化剤に対して, 電子を与えるはたらきをする。 硫酸酸性における過酸化水素と過マンガン酸カリ ウムとの反応を化学反応式で書くと(イ)となる。 (2) 滴定の終点は,どのような色の変化でわかるか。 (3) 下線部(b)の滴定の結果から,過マンガン酸カリウム水溶液のモル濃度を求めよ。 (4) 下線部(c) の過酸化水素水について、薄める前の① モル濃度, ②質量パーセント濃度を求めよ。 ただし,水溶液の密度は 1.00g/cm² とする。 (5) 下線部(a)について, 溶液を温める理由を簡単に説明せよ。 (6)この実験では溶液を酸性にするのに硫酸を用いているが,塩酸や硝酸を使用すると正しい結果が得られない。この理由を60字 程度で説明せよ。 (香川大改)

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