この問題の（4）で（ΔB/B）^2の項は無視してるのにΔB/Bの項は無視していないのはなぜですか？

133. <ベータトロン〉 時間変化する磁場による荷電粒子の加速について考えよう。 図のように、原点Oを通り互いに直交するx軸, y 軸, z軸をと る。 AB (1) 等速円運動する荷電粒子の速さを求めよ。 2軸の正の向きに一様で時間変化しない磁場が加えられてお り,その磁束密度の大きさをBとする。この磁場中に質量 m, 電荷 g (>0) の荷電粒子を入射したところ,xy 平面上で原点O を中心とする半径rの等速円運動をした。 y m x v 荷電粒子の円運動は,半径rの円形コイルを流れる電流とみなすことができ,円形コイル を貫く磁束はBで与えられる。このことを用いて, 磁場を時間変化させたときの荷電粒 子の運動について考える。ただし,この電流がつくる磁場は無視できるとする。円形コイル 内部と円形コイル上の磁束密度の大きさを時間とともに一様に増加させる。増加を開始して から微小時間 ⊿t 経過したとき,磁束密度の大きさは微小量⊿B (>0) だけ増加した。 なお、 (4)(5)では2つ以上の微小量どうしの積は無視して計算すること。 (2) 円形コイルに誘導される電場の大きさを求めよ。 闘 (3) 誘導された電場により荷電粒子の速さは増加する。 その理由を述べ, 速さの微小な増加 量⊿v を求めよ。 *(4)磁場の増加により円運動の半径は変わらないと仮定して,荷電粒子にはたらくローレン ッカの大きさと遠心力の大きさを計算し,ローレンツ力は遠心力より大きいことを示せ。 したがって,磁束密度を一様に増加させると軌道が円からずれる。 元の円軌道を保つには, 磁束密度の増加量を一様ではなくすればよい。 このとき,円形コイル内部の磁束密度の大き さの平均値をĒとすると,円形コイルを貫く磁束は2万で与えられる。微小時間⊿t経過 する間に, Bを微小量 4B 増加させ, 円形コイル上の磁束密度の大きさを⊿B'増加させたと ころ,もとの円軌道が保たれた。だだし、磁束密度の大きさはz軸からの距離と時間だけに 依存するものとする。 (8) AB4B' の比 AB AB' を求めよ。 〔22 大阪公立大〕

（2）はこのようなやり方でも合ってるんでしょうか？？教えてください

例題 解説動画 基本例題29 円錐振り子 図のように、長さLの糸の一端を固定し, 他端に質量m のおもりをつけて, 水平面内で等速円運動をさせた。糸と 鉛直方向とのなす角を0, 重力加速度の大きさをg として, 次の各問に答えよ。 出した。 X(1) おもりが受ける糸の張力の大きさはいくらか。 (2)円運動の角速度と周期は,それぞれいくらか。 指針 地上で静止した観測者には, おもり は重力と糸の張力を受け, これらの合力を向心力 として,水平面内で等速円運動をするように見え る。この場合の向心力は糸の張力の水平成分であ る。 (1)では,鉛直方向の力のつりあいの式, (2) では,円の中心方向 (半径方向) の運動方程式を立 てる。なお,円運動の半径はLsin0 である。 解説 (1) 糸の張力の大き 基本問題 210 211 212 .00S 00 TH g m m(Lsin0) w²=mg tane w= L cose 2 Lcose =2π w 周期Tは,T= 第Ⅱ章 力学Ⅱ 別解 (2) お (2) おもりとともに 0 さをSとすると, 鉛 直方向の力のつりあ いから, Scoso S 円運動をする観測者 には、Sの水平成 と遠心力がつりあっ てみえる。 力のつり あいの式を立てると L m (L sine) w² 0 Scoso-mg=0 S=mg SsinO mg cose (2) 糸の張力の水平成分 Ssin0=mgtan0 が向 心力となる。 運動方程式 「mrw²=F」 から, Ssin0=mgtan (2)の運動方程式と同じ結果が得られる。 m(L sine) w²-mgtan0=0 Point 向心力は、重力や摩擦力のような力の 種類を表す名称でなく,円運動を生じさせる原 因となる力の総称で、常に円の中心を向く。 mg

（3）はどうしてこのような式になるのでしょうか？

出題パターン 91 原子モデル そのまま 出る! ボーアの水素原子模型では,+e の電気量を持つ陽子のまわりに - の 電気量を持つ質量m の電子が,半径の円軌道上を速さで運動している ものと考える。 プランク定数をん, 真空中での光速をc, クーロン力の比例 定数をとする。 (2) 電子の運動エネルギーと電気力による位置エネルギーの和をke. (1) 電子に働く遠心力と電気力のつりあいの式を書け。 r を用いて表せ。ただし、電気力による位置エネルギーは無限遠を基準とす る。 (3)量子数をn= 1, 2, 3, …として、電子が安定な軌道を運動し続けるた めの条件を mvr, h, n を用いて表せ。 (4)安定な軌道半径rame, h,k, n を用いて表せ。 (5)エネルギー準位Enをme, h,k,n を用いて表せ。 解答のポイント! た 原子核のまわりを回る電子は粒子性と波動性の両方を持っているので,まずは 粒子として,次に波動として安定に存在できる条件を求める。 本間は試験にその まま出るので,何も見ずに と Em を導けるようにしよう。 【解法 (1) まず図 26-12 のように, 電子を陽 電位は向き× 土 子のまわりを円運動している粒子と 回る人 みなす。回る人から見た力のつりあte いの式より, クーロン力 m²² = ke² ... ①© r (2)電子の持つ力学的エネルギーE 図26-12 は運動エネルギーと電気力による位 置エネルギーの和であり, E=123mo -mv² + (-e)) 運動エネルギー 位置エネルギー この式に① ② (図 26-12 参照) を代入して 1 ke ke ke² E= = +(-e)· 2r 2 r r 遠心力 02 r ④がの位置 につくる電位は y=ke... STACE 36 と 291

作用・反作用について。 写真の(2)(C)地球がりんごから受ける力 というのがイマイチピンときません。 なぜ、作用点が地球の中心なのですか？ また、垂直抗力とは別ですか？ どなたか教えてくださいm(_ _)m

(2) (a) F 地球 F2 りんご 手 Fi (b) りんごが地球から受ける力 (c) 地球がりんごから受ける力

⑷でどうしてX軸方向の運動方程式しか成り立たないのか、Ｙ軸方向のことは考えないのかというのと、 どうして重心で考えているのかがよくわかりません

34円運動 万有引力 ◇47. 〈半円形状の面にそった円運動〉 図のように, 半径Rの半円形のなめらかな面を もつ質量Mの台が水平でなめらかな床面上に固 定されている。 半円形の端点Aから質量mの小 A m 0 R 0 物体を静かにはなす。小物体の位置を,小物体とRsing 円の中心を結ぶ線分と水平線 OA がなす角度 0. 0で表す。 また、床面には水平方向右向きにx軸 をとり、半円形の最下点の位置を x=0 とする。 重力加速度の大きさをgとして,次の問いに答え よ。 (1) 小物体が角度0の位置を通過するときの速さ」 を求めよ。 M x 0 (2) このときの小物体が台から受ける垂直抗力の大きさ N と, 台が床面から受ける垂直抗力 の大きさFを,R, M, m, sine, gの中から必要なものを用いて表せ。 また, 横軸に角度 0,縦軸にNとFをとり, Nは実線, Fは破線としてグラフをかけ。 グラフでは, とし、適切な目盛りを振ること。 次に,台の固定を外して小物体をAから静かにはなす。 M = =4 m >+ (3) 小物体が角度の位置を通過するときの速さと,台の速さ Vを,R, M, m, sin 0, X gの中から必要なものを用いて表せ。 このときの小物体の水平方向の位置 x2 と, 半円形の最下点の水平方向の位置 X を R, M, m, cose を用いて表せ。 〔23 電気通信大] 必解 48. 〈ケプラーの法則〉

物理の等速円運動の問題です。(1)の滑りながら等速円運動を始めた。と(2)のすべることなく、等速円運動を始めた。の違いがわかりません。 どんな現象が起こっているのですか。　 また、「すべることなく等速円運動を始めた＝垂直抗力がゼロ」というのもなぜ＝になるのかがわかりません。... 続きを読む

59 円錐容器の側面での等速円運動 図のように,底面と側 面とのなす角度が0の円錐を水平面に置き、 円錐の頂点に長さ の糸の一端を結び, 糸のもう一端に質量mの小さな物体を固定す る。側面と物体の間にはたらく摩擦力はないものとし,重力加速 度の大きさをgとする。 (1) 物体に速度を与えたところ, 物体は側面上をすべりながら角 物体 速度ωで等速円運動を始めた。 物体とともに運動する観測者から見るとき, 物体に はたらく遠心力の大きさ F, 糸が物体を引く力の大きさS, および側面が物体に及ぼ す垂直抗力の大きさNを求めよ。 (2) 角速度を徐々に大きくしていったところ, 物体は側面上をすべることなく, 等速円運 動を始めた。 このときの円運動の周期Tを求めよ。 例題 13,64,65,69

この問題とは直接関係ないのですが、「物体は円板上を滑り出した」という部分は、どのような現象が起きているのですか？ 摩擦力より遠心力の方が大きくなり、円の外側に向かって投げ出されるような動きをするのでしょうか？

十はどんな範囲にあればよいか。 センサー 12 52 摩擦力による等速円運動 水平であらい円板上の中心 から 0.10mの位置に物体を置き, 少しずつ回転を速くして いった。 回転の周期が1.0sより小さくなると, 物体は円板上 をすべり出した。 このとき, 物体と円板との間の静止摩擦係数 を求めよ。 ただし, =3.14 とする。 センサー 12, 14台 C A

（2）の④の式がわかりません。また、それ以降の計算の過程もわかりません。

例題 48 静止衛星は,赤道上空を地球の自転周期と同じ公転周期で円軌道 を描いて回り、地球上からみると静止しているように見える。 地球 の質量をM, 地球の自転周期をT, 万有引力定数をGとする。 (1) 静止衛星の円軌道の半径と速さを求めよ。 (2) 地球は太陽を中心に半径R、間期Dで公転しているものとする。 太陽の質量 M'をM,T, D, R, rで表せ。 CmM (1) 静止衛星の質量を とする。 (万有引力)=(遠心力)より mo .... 2" 静止衛星の周期はTなので, 2πr ② M T 地球 式①,②より”を消去して GmM = m (2x)² m 万有引力 遠心力 Y= 2 (GMT) * ......) これを式に代入して - 2x (GMT)-(2xGM) T 4 (2)(1)と同様にして,地球について(万有 引力) (遠心力) の式を解くと、 R = (GM'D²) (周期Tで公転) 遠心力 地球 万有引力 M' 太陽 ･･･ ④. 472 式 ③④より R M'ID 900000 M\T M' ココが ポイント -(4)-()M (円軌道の場合] (万有引力)(遠心力) (公

名問の森40番の(2)で、遠心力がかかるからばねは伸びるため、条件をr0＞lとしたのですがなぜ答えはr0＞0なのかが分かりません。教えてください！

40 単振動 水平面内において一定の角速度で 回転している円板がある。 円板上には, 半径方向にみぞが掘られており,その中 にばね定数k,自然長のばねが置かれ ている。 ばねの一端は中心0に固定され, 他端には質量 M の小球Pがつけられてい る。 P はみぞの中を滑らかに動け,0か み 40 単振動 121 P 126 している観測者Aには,Pがr=ro の点に静止して見えた。 らPまでの距離rを用いておもりの位置を表す。 いま、円板上で静止 真上から見た図 ◯(1) ro をl,k, M, ω を用いて表せ。 w (2)こうなるために必要な角速度に対する条件を表せ。

（1）です。解答は水平方向で、T=mlω^2が答えになっていますが、問題に水平方向とか鉛直方向と言う記述がないので、鉛直方向で考えて、T=mg/cosθでも解答としてはあっていますか？それとも、解にcosθが含まれているので不適切ですか？わからないので教えていただきたいです。

[例題 40 長さの糸の先端に質量mのおも りをつけ、なめらかな水平面上で,角 速度の等速円運動をさせた。 糸が 鉛直線となす角を9, 重力加速度の大 きさをg とする。 解 (1) 糸の張力Tはいくらか。 (2) おもりが水平面から受ける垂直抗力の大きさはいくらかか m (3) 角速度をしだいに大きくしていくと,やがておもりは水平面か ら離れる。このときの角速度 W はいくらか。 (1) 右図で, Nは垂直抗力, fは遺心力である。 f=mxlsin0xw 水平方向の力のつり合い式は mlw'sin - Tsino ふT=mlwa N T Isinė mg (2) 鉛直方向の力のつり合い式は N+ Tcos = mg .N=mg-Tcost=m(g-lw'cost) (3) N 0 のとき,おもりは水平面から離れる。 ポイント m(g-lwcost)=0 Wy**** Icos 物体が面から離れる垂直抗力がゼロ 物体が等速円運動するとき、円の中心に向かう力を見 けだして、半径方向の力のつり合い式をつくる。 (中心に向かう力) (遠心力)