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質問の種類

理科 中学生

(2)が1Ωになる計算の方法が分かりません。

〔8〕 電熱線の発熱量を調べるために、次の実験 12 を行った。 この実験に関して,下の(1)~(4)の間 いに答えなさい。 ただし, 電熱線から発生した熱はすべて水の温度上昇に使われるものとし、 実験 で用いた水の質量と電流を流す前の水の温度はすべて同じものとする。 実験1 図1のように、電源装置, スイッチ, 電流計, 電圧計,電気抵抗 4Ωの電熱線Aをつな いで回路をつくり, 室温と同じ温度の一定量の水を入れた発泡ポリスチレンのカップに, 電熱線Aと温度計を入れた。 電熱線Aに4Vの電圧を加え, ときどき水をかき混ぜながら 2分ごとの水の上昇温度を調べた。 次に、電熱線Aを電気抵抗2Ωの電熱線B,電気抵抗 の大きさがわからない電熱線Cにとりかえて、同様の手順で操作を行い, 水の上昇温度 を調べた。図2は,その結果をグラフに表したものである。 実験2 室温と同じ温度の一定量の水を入れた発泡ポリスチレンのカップに, 電熱線A~Cから 2つを選んで直列または並列につないだものを入れ、 実験1と同様の装置をつくり, 実験 1と同様の手順で操作を行って, 水の上昇温度を調べた。 図 1 図2 4V 温度計 発泡 ポリスチレン・ のカップ 電源装置 電熱線A 50 U₂ スイッチ 水 電流計 FO 電圧計 水の上昇温度 15.0 上 10.0 [C] 5.0] -7- 0 電熱線? 1 2 3 4 5 6 7 8 電流を流した時間 [分] (1) 実験1について, 電熱線Aに8分間電流を流したとき, 電熱線Aから発生した熱量は何Jか。 求 めなさい。 /A×4V=4W 32 (2) 実験1について, 電熱線Bに12分間電流を流したとき, 発泡ポリスチレンのカップ内の水温は 何℃上昇するか。 求めなさい。 WX1=2丁 2W=4V W:2 (3) 電熱線Cの電気抵抗の大きさは何Ωか。 求めなさい。 (4) 実験2について, 発泡ポリスチレンのカップ内の水温が最も上昇したのは,どの電熱線をどのよ うにつないだときか。 最も適当なものを,次のア~カから一つ選び, その符号を書きなさい。 ア 電熱線Aと電熱線Bを直列につないだとき。 イ 電熱線Aと電熱線Cを直列につないだとき。 ウ 電熱線Bと電熱線Cを直列につないだとき。 エ 電熱線Aと電熱線Bを並列につないだとき。 オ 電熱線Aと電熱線Cを並列につないだとき。 力 電熱線Bと電熱線Cを並列につないだとき。 電熱線B2.12 4x 電熱線 2×60 xWx1205=1丁 L 120 p 4 (4²÷²)×120= 16:42×120 4x ×120 x = 7 | J 「 120

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物理 高校生

物理の力学の問題です。写真のマーカー部でAの位置エネルギーを引いているのは何故か教えていただきたいです。

[知識] 170. 連結された物体と摩擦■ 図のように,粗い水平 面上に置かれた質量Mの物体Aが, なめらかな滑車 を介して,質量mの物体Bと軽い糸でつながれている。 Bを静かにはなすと, Aが距離Dだけすべり 水平面 上に固定された軽いばねと衝突して, ばねをxだけ押し縮め, 物体A, Bの運動が停止 した。 Aと面との間の動摩擦係数をμ, 重力加速度の大きさを」 とする。 (1) Aがばねと衝突する直前の, 物体AとBの運動エネルギーの和と速さを求めよ。 (2) Aがばねと衝突してから停止するまでの間において, ばねの弾性力による位置エ ネルギーの変化を, m, M, D, x, μg を用いて表せ。 (和歌山大改) 170. 連結された物1⊂学祭 ■解答 (1) 運動エネルギーの和: (m-μM)gD, 速さ: 2(m-uM)gD M+m A v= M (2) (m-μM)g(D+x) 指針 AとBの力学的エネルギーの和は,Aが動摩擦力からされた仕 事の分だけ変化する。Bは高さの変化する運動をするので,重力による 位置エネルギーは,運動の前後で変化する。 ばねに衝突して停止したと き速さは0であり,AとBの力学的エネルギーの和は、ばねの弾性力 による位置エネルギーと重力による位置エネルギーのみである。 解説 (1) Bの最初の高さを重力による位置エネルギーの基準とし、 Aの重力による位置エネルギーをUAとすると, 最初のAとBの力学 的エネルギーの和はUA となる。 衝突する直前のBの重力による位置 エネルギーはmgDであり,このときのA,Bの速さをぃとすると mv² + U-mgDで 衝突直前の力学的エネルギーの和は, 1/12M²+1/12/ ある。また, Aが受ける垂直抗力はMg なので, 動摩擦力の大きさは μMg である。 A がばねに衝突する直前まで運動する間に, 動摩擦力 がAにする仕事は, μMgDとなり,この分だけ力学的エネルギーは 20 変化する。 (12/2 Mu²+1/2/mu²+Ua-mgD) U^=-μMgD AとBの運動エネルギーの和は, -Mu²+1 mo² = (m-μM)gD 2 2(m-uM) gD M+m これを”について整理すると, (2) 運動が停止するまでに動いた距離はD+x になり, そのときの運 動エネルギーは0である。 このときの弾性力による位置エネルギーを ひとする。 (1) と同様に, AとBの力学的エネルギーの和は,動摩擦力 からされた仕事の分だけ変化するので, {U+U^-mg(D+x)}-U^=-μMg(D+x) U=(m-μM)g(D+x) ばねは自然の長さから縮むので 求める位置エネルギーの変化とは 等しい。 00000004 B m 第Ⅰ章 力学Ⅰ 糸の張力は,Aに正. Bに負の仕事をするので AとBを一体とみなすと. その仕事は 0 となる。 AとBは静止の状態か ら運動を始めたので, 最 初の運動エネルギーはい ずれも0である。 また, Aの運動は高さが変化し ないので,Aの重力によ る位置エネルギーは一定 である。 なお, AとBは 連結されて運動している ので, 速さは等しい。 動摩擦力は,Aが運動 する向きと逆向きにはた らくので、負の仕事をす る。 停止したとき, 速さが 0なので運動エネルギー は 0, Bの位置エネルギ -la-mg (D+x) ċ ta る。 また, 停止するまで に動摩擦力がした仕事は, μMg (D+x) である。 103

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