2023年12月11日

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問5 台車が斜面を下るとき

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問5 台車が斜面を下るとき

◆問題


第3問

 図1のように、二つのコイルをオシロスコープにつなぎ、平面板コイルの中を通るように水平に設置した。台車に初速を与えてこの板の上を走らせる。台車に固定した細長い棒の先に、台車の進行方向にN極が向くように軽い棒磁石が取りつけられている。二つのコイルの中心間の距離は0.20mである。ただし、コイル間の相互インダクタンスの影響は無視でき、また、台車は平面板の上をなめらかに動く。



台車が運動することにより、コイルには誘導起電力が発生する。オシロスコープにより電圧を測定すると、台車が動き始めからの電圧は、図2のようになった。




問1はこちら

問2はこちら

問3はこちら


 Aさんは次に図4のようにコイルを三つに増やして実験をした。ただし、コイルの巻数は全て等しく、コイルは等間隔に設置されている。また、台車に取りつけた磁石は1個である。



実験結果は図5のようになった。



問4はこちら


問5 Aさんが図7のように実験装置を傾けて板の上に台車を静かに置くと、台車は板を外れることなくすべり降りた。



 このとき、オシロスコープで測定される電圧の時間変化を表すグラフの概形として適当なものを、次ページの@〜Dのうちから一つ選べ。[ 21 ]




問5の解答はこのページ下に掲載します。


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◆解答

最後は、台車が斜面を下る場合です。
斜面を下るときは、等加速度運動をすると考えられますね。
つまり、速さが一定の割合で増加していくはずです。

速さが増加していけば、コイルから次のコイルに到達するまでの時間が短くなります。
そして、磁場の変化が多くなるのだから、電圧が(その結果電流も)大きくなります。

ということは、波と波の間隔が短くなっていき、波の大きさが多くなっている選択肢を探せばよい。ですね!

そんな選択肢は・・・4番です!


この問題は、公式を暗記していなくても、論理的な考察ができれば正解できるものばかりでした。
「電気?オシロスコープ?しかも力学台車?そんなの無理!」などと簡単に諦めてしまわず、まずはしっかり読む。と心がけて取り組んでいきましょう!


問1に戻る→台車の速さ


◆関連項目
等加速度運動電気・磁気まとめ
2022年第2問


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posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

本日配信のメルマガ。2023年共通テスト追試英語第6問B 最後まで

本日配信のメルマガでは、2023年大学入試共通テスト追試英語第6問Bの最後までの内容を掲載します。


【高校英語】共通テストの英文解釈
http://www.mag2.com/m/0001641009.html


■ 問題

2023年大学入試共通テスト追試より

第6問B

You are preparing a poster for an in-school presentation on a scientific
discovery, using the following article.

As you are reading this, you probably have a pencil in your hand. In the
center of every pencil is something called "lead." This dark gray material
is not actually lead (Pb), but a different substance, graphite. Graphite
has been a major area of research for many years. It is made up of thin
layers of carbon that can be easily separated. Indeed, it is this ease of
separation that enables the pencil to write. As the pencil rubs against the
paper, thin layers of carbon are pulled off the pencil lead and left on the
paper as lines or writing.

In 2004, two scientists, Andre Geim and Konstantin Novoselov, were
investigating graphite at the University of Manchester, in the UK. They
were trying to see if they could obtain a very thin slice of graphite to
study. Their goal was to get a slice of carbon which was between 10 and 100
layers thick. Even though their university laboratory had the latest
scientific equipment, they made their incredible breakthrough − for what
was later to become a Nobel Prize-winning discovery − with only a cheap
roll of sticky tape.

In a BBC News interview, Professor Geim described their technique. He said
that the first step was to put sticky tape on a piece of graphite. Then,
when the tape is pulled off, a flake of graphite will come off on the tape.
Next, fold the tape in half, sticking the flake onto the other side of the
tape. Then pull the tape apart to split the flake. You now have two flakes,
roughly half as thick as before. Fold the tape together once more in a
slightly different position to avoid having the flakes touch each other.
Pull it apart again, and you will now have four thinner flakes than before.
Repeat this procedure 10 or 20 times, and you're left with many very thin
flakes attached to your tape. Finally, you dissolve the tape using chemicals
so everything goes into a solution.

Geim and Novoselov then looked at the solution, and were surprised to see
that the thin flakes were flat and not rolled up ―― and even more
surprised that the flakes were as thin as only 10 layers of graphite. As
graphite conducts electricity, it was only a matter of weeks before they
were studying whether these thin sheets could be used in computer chips. By
2005, they had succeeded in separating a single layer of graphite. As this
does not exist naturally, this new material was given a new name: graphene.
Graphene is only one atom thick, and perhaps the thinnest material in the
universe. It is one of the few two-dimensional (2D) materials known, and
forms a six-sided, honeycomb-patterned structure. In addition, it is
possibly the lightest and strongest substance known on earth. It is also
excellent at carrying electricity. In fact, at laboratory temperatures
(20-25°C), graphene conducts electricity faster than any known substance.
This has led to manufacturers investing in further research because
graphene-based batteries could last three times longer and be charged five
times faster than lithium-ion batteries.

Graphene has been called a super-material because of its amazing properties.
It is 1,000 times lighter than paper and close to being totally transparent.
It allows 98% of light to pass through it while at the same time it is so
dense that even one molecule of helium gas cannot pass through it. It can
also convert light into electricity. It is 200 times stronger than steel by
weight: So strong in fact, that if you could make a 1 m2 sheet of graphene,
it would weigh less than a human hair and be strong enough to hold the
weight of a cat. Quite simply, this material found in pencil lead has the
potential to revolutionize the development of computer chips, rechargeable
batteries, and strong, light-weight materials.


Your presentation poster draft:

Graphene

Basic information [ 44 ]

Graphene…
A. is a 2D material.
B. is a separated layer of graphite.
C. is an extremely thin sheet of metal.
D. is not a naturally occurring substance.
E. looks like a sheet of wire mesh.
F. was isolated without advanced equipment.

How Geim and Novoselov separated graphite (5 steps)
Step 1. Press sticky tape on graphite and remove.
Step 2.
Step 3. [ 45 ]
Step 4.
Step 5. Dissolve tape in a chemical solution and collect the flakes.

The properties of graphene
[ 46 ]
[ 47 ]

Future use
[ 48 ]


問1 You are checking your poster. You spotted an error in the basic
information section. Which of the following should you remove? [ 44 ]

{1} A
{2} B
{3} C
{4} D
{5} E
{6} F

問2 You are going to summarize the five-step process used to separate
layers of graphite. Choose the best combination of steps to complete the
process. [ 45 ]

A. Do this process over and over again.
B. Fold tape in two again so another part of the tape touches the graphite.
C. Fold tape in two and pull it apart.
D. Place tape on the thinner flakes and press down.
E. Pull a flake of graphite off some sticky tape.

{1} C → B → A
{2} C → E → D
{3} D → C → B
{4} D → E → A
{5} E → C → A
{6} E → C → D

問3 From the list below, select the two which best describe graphene's
properties. (The order does not matter.) [ 46 ]・[ 47 ]

{1} At average room temperature, it is the world's most efficient material
for carrying electricity.
{2} Gram for gram, graphene is stronger and more resistant to electricity.
{3} Graphene weighs slightly more than graphite per cm2.
{4} It allows almost all light to pass through its structure.
{5} Its six-sided honeycomb structure allows gas particles to pass from one
side to another.

問4 From this passage, which of the following might graphene be used for
in the future? [ 48 ]

{1} A material for filtering small gas molecules from large ones
{2} Developing light-sensitive chips
{3} Electricity resistant materials
{4} Increasing the weight and strength of batteries.

問5 From this passage, we can infer that the writer [ 49 ].

{1} believed that many great Nobel Prize-winning discoveries have been made
with low-cost equipment
{2} knew about the potential of graphene to reduce the production costs and
recharging times of rechargeable batteries
{3} was impressed by the fact that graphene and all its properties had lain
hidden in every pencil mark until being revealed by Geim and Novoselov
{4} was surprised at how long it took for Geim and Novoselov to realize the
potential of using thin sheets of graphene in computer chips


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■ スラッシュリーディング

You are preparing a poster / for an in-school presentation
/ on a scientific discovery, / using the following article.
あなたはポスターを準備している / ある学校の発表のために
/ 科学的な発見についての / 次の記事を使って


As you are reading this, / you probably have a pencil / in your hand.
あなたはこれを読んでいるので / あなたはたぶん鉛筆を持っている / 手の中に

In the center of every pencil / is something / called "lead."


(以下略)


(有料版では、解説の続きも掲載しています)
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日本史「市民生活の変容と大衆文化」都市化の進展と市民生活@

日本史「市民生活の変容と大衆文化」都市化の進展と市民生活@

◆問題

空欄に適語を入れてください。

第一次世界大戦後、東京や大阪などの大都市では、俸給生活者(サラリーマン)が大量に現れ、(@)を形成した。また、タイピストや電話交換手などの職業婦人も見られるようになった。

都市の景観や市民生活も変貌した。都心では丸の内ビルディングなど鉄筋コンクリート造のオフィスビルが出現し、都心部から郊外に延びる鉄道沿線には(A)が建てられた。1924年に設立された同潤会は、東京・横浜に木造住宅のほか4〜5階建てのアパートを建設した。電灯は広く一般に普及し、都市では水道・ガスの供給事業が本格化した。都市内では市電やバス、円タクなどの交通機関が発達し、東京と大阪では(B)も開業した。
服装では洋服を着る男性が増え、食生活の面ではトンカツやカレーライスのような洋食が普及した。


解答はこのページ下


用語集ならコレ!

日本史用語集 改訂版 A・B共用


◆解答

@新中間層、A文化住宅、B地下鉄

第一次世界大戦後、東京や大阪などの大都市では、俸給生活者(サラリーマン)が大量に現れ、新中間層を形成した。また、タイピストや電話交換手などの職業婦人も見られるようになった。

都市の景観や市民生活も変貌した。都心では丸の内ビルディングなど鉄筋コンクリート造のオフィスビルが出現し、都心部から郊外に延びる鉄道沿線には文化住宅が建てられた。1924年に設立された同潤会は、東京・横浜に木造住宅のほか4〜5階建てのアパートを建設した。電灯は広く一般に普及し、都市では水道・ガスの供給事業が本格化した。都市内では市電やバス、円タクなどの交通機関が発達し、東京と大阪では地下鉄も開業した。
服装では洋服を着る男性が増え、食生活の面ではトンカツやカレーライスのような洋食が普及した。


前の問題→普選運動と護憲三派内閣の成立D
次の問題→都市化の進展と市民生活A


近代・現代まとめ
近世まとめ中世まとめ原始・古代まとめ


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