2021年03月02日

高校物理「力学」「円運動」円盤上の物体B(静止摩擦係数)

高校物理「力学」「円運動」円盤上の物体B

◆問題
粗い回転盤の上で、回転軸からの距離が0.10mのところに質量1.0kgの物体を置き、回転盤の回転数を少しずつ大きくしてくと、毎分60回をこえたとき、物体が滑り始めた。重力加速度の大きさを9.8m/s^2として次の問いに答えよ。

(1) 円盤の回転の角速度を求めよ。
(2) 物体にはたらく向心力を求めよ。
(3) 物体と回転盤との間の静止摩擦係数を求めよ。


この本、ジャケ買いする人いそうですね(笑)



(1)から角速度ω=2π、(2)から向心力F=0.40・π^2であることがわかりました。

そして最後は静止摩擦係数を求めます。

物体が動いてないときの摩擦力を静止摩擦力といいます。物体が静止しているということは、物体にはたらく力はつり合っています。つまり、物体が動き出す瞬間までは常に、摩擦力とその他の水平方向の力は等しく、動き出す瞬間の力が最大摩擦力です。
そして、最大摩擦力をこえる力がはたらいたときに物体は動き出します。

この最大摩擦力のときの摩擦係数が「静止摩擦係数」です。

だから、「動き出す瞬間の向心力」と「最大摩擦力」が等しい。という関係が成り立ちます。

摩擦係数をμとすれば、摩擦力Fは、

F=μN=μmg=μ×1.0×9.8=9.8μ[N]

です。
これと向心力が等しいので、

9.8μ=0.40・π^2
   μ=(0.40/9.8)・π^2

計算すると、μ=4.02…となります。

有効数字を2桁とすれば、μ=4.0


この問題の最初に戻る


◆関連問題
天井からつるされた物体の円運動


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2021年03月01日

高校物理「力学」「円運動」円盤上の物体A(向心力)

高校物理「力学」「円運動」円盤上の物体A

◆問題
粗い回転盤の上で、回転軸からの距離が0.10mのところに質量1.0kgの物体を置き、回転盤の回転数を少しずつ大きくしてくと、毎分60回をこえたとき、物体が滑り始めた。重力加速度の大きさを9.8m/s^2として次の問いに答えよ。

(1) 円盤の回転の角速度を求めよ。
(2) 物体にはたらく向心力を求めよ。


この本、ジャケ買いする人いそうですね(笑)



(1)から、ω=2πであることがわかりました。

角速度さえわかれば、あとは何でも(?)出せますね!?

問題では向心力を聞いています。

向心力はF=mrω^2なので、m=1.0,r=0.10,ω=2πを代入すると、

F=1.0×0.10×(2π)^2
 =0.40・π^2[N]


ちなみに、物体の等速円運動の速さは

v=rω
 =0.10×2π
 =0.20・π

です。


次の問題→物体と回転盤の間の最大摩擦力と静止摩擦係数


◆関連問題
天井からつるされた物体の円運動


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高校物理「力学」「円運動」円盤上の物体@(角速度)

高校物理「力学」「円運動」円盤上の物体@

◆問題
粗い回転盤の上で、回転軸からの距離が0.10mのところに質量1.0kgの物体を置き、回転盤の回転数を少しずつ大きくしてくと、毎分60回をこえたとき、物体が滑り始めた。重力加速度の大きさを9.8m/s^2として次の問いに答えよ。


(1) 円盤の回転の角速度を求めよ。


この本、ジャケ買いする人いそうですね(笑)



問題に回転数が与えられているので、回転数から角速度を求めます。

まず、回転数は「毎分60回」なので「1秒に1回」です。さらに回転数と周期の関係は、n=1/Tで、周期と角速度の関係はT=2π/ωです。
これらを組み合わせると、「n=ω/2π」が得られます。

n=1なので、

1=ω/2π

両辺に2πをかけると、

ω=2π

です。


次の問題→物体にはたらく向心力


◆関連問題
天井からつるされた物体の円運動


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2021年02月26日

高校物理(用語)「コンデンサー」「電気容量」

高校物理(用語)「コンデンサー」「電気容量」

★コンデンサー(capacitor)

電気を蓄えたり放出することができる装置をコンデンサーという。

高校物理では「コンデンサー」と言えば通常、「平行板コンデンサー」のことを指す。

「平行板コンデンサー」は、絶縁された2枚の金属板を充分に近い距離に平行に設置したもので、電圧を掛けると、それらの極板に電気量が蓄えられる。


★電気容量(electric capacity)

コンデンサーが電気量を蓄える度合いを電気容量といい、単位はF(ファラド)を用いる。

電気量Q[C],電気容量C[F],電位差V[V]の間には、

Q=CV

の関係が成り立つ。


コンデンサーを電源につなぐと、電荷は導線を通って極板にたまり、一定の時間が経過すると、片方の極板が+Q、もう片方の極板が−Qの電荷を持つ。すなわち充電される。と考えます。

充電されたあとにいったんスイッチを切るなどして、回路から切り離されたコンデンサーは、極板に蓄えられた電荷の移動ができないので、Q[C]の電荷は保存されます。再び電気回路に接続されると、回路内の他の部分にその電荷が移動できるようになり、それが電流となります。

このコンデンサーと電流や電荷の様子は、ダムに水が蓄えられたり放水されたりするのと似たイメージですね。


コンデンサーマイクには、コンデンサーの原理が活用されています。

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配信やweb会議などにも活躍します!PC本体のマイクで物足りないという人は、このマイクを試してみては?


◆ 関連項目
コンデンサーの静電エネルギー
電気・磁気まとめ


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2021年02月16日

高校物理(用語)「自己インダクタンス」

高校物理(用語)「自己インダクタンス」

★自己インダクタンス(self-inductance)

コイル等に流れる電流が変化すると、コイルの周囲に磁場が生じ、その磁場がコイルに流れる電流を妨げる方向に誘導起電力を生じさせます。この現象を自己誘導といいます。
このときの比例定数Lを自己インダクタンスといい、誘導起電力をV,電流の変化量をΔI,時間をΔtとして次の式が成り立ちます。

V=−L・(ΔI/Δt)

符号のマイナスは、電流を妨げる方向を意味します。
これに限らず、あらゆる物理法則は、基本的に止まる方向になっていることを理解しておくと良いと思います。


電磁誘導を応用した道具の代表例は、もちろん発電機ですね!実際に作ってみると、構造や仕組みがわかりやすいです!

【科学工作】電気・磁気 マルチ発電機B(組立キット)


◆ 関連項目
磁場電磁誘導
電気・磁気まとめ


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2021年02月12日

高校物理(用語)「ローレンツ力」

高校物理(用語)「ローレンツ力」

★ローレンツ力(Lorentz force)

荷電粒子が磁場の中を動くときに受ける力をローレンツ力という。

荷電粒子の電荷をq,磁束密度をB,荷電粒子の磁場に対して垂直な向きの速さをvとすると、ローレンツ力fは、

f=qvB

で表されます。

荷電粒子の速度の向きと磁場の向きが垂直でない場合は、それらのなす角の垂直な方向の成分を用いる。ということで、

f=qvB・sinθ

となります。


さらに、正の電荷を持つ荷電粒子の流れは電流の向きと同じになるので、ローレンツ力の向きはフレミング左手の法則で求めることができます。


電磁誘導を応用した道具の代表例は、もちろん発電機ですね!実際に作ってみると、構造や仕組みがわかりやすいです!

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◆ 関連項目
磁場電磁誘導
電気・磁気まとめ


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2021年02月08日

高校物理「力学」「力積」「運動量」バットでボールを打ち返すときの平均の力

高校物理「力学」「力積」「運動量」バットでボールを打ち返すときの平均の力

◆問題

ピッチャーの投げたボールをバッターがセンター方向に打ち返した。ピッチャー、バッター、センターは一直線上に位置し、ボールの質量は0.15kg,ピッチャーの投げたボールの速さは30m/s,バッターの打ち返したボールの速さは30m/s,仰角60°だったとき、次の問いに答えよ。

(1) ボールがバットから受けた力積の大きさはいくらか。

(2) バットとボールの接触時間が1.0×10^(-2)秒のとき、ボールがバットから受けた平均の力はいくらか。


この記事では(2)を解説します。


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策、大学入試対策、資格試験対策など、様々な目的の授業を行っています。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

(1) ボールがバットから受けた力積の大きさはいくらか。で、力積は4.5√3≒7.8N・sであることを求めました。

(2)では、「力積I=力F×時間t」であることを用いて、バットがボールに加えた力を求めます。

「バットとボールの接触時間が1.0×10^(-2)秒」とわかっているので、これらの値を代入して計算!ですね!

7.8=F×1.0×10^(-2)

両辺を入れ替えて、Fについて解くと、

F=7.8/{1.0×10^(-2)}
 =7.8×10^2[N]


◆関連問題
静止している質量1.2kgの物体に、一定の大きさ1.8Nの力を2.0秒間加えた。この物体の速さは何m/sになるか求めよ。
質量4.0kgの小球Aと質量2.0kgの小球Bの衝突


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高校物理「力学」「力積」「運動量」バットでボールを打ち返すときの力積

高校物理「力学」「力積」「運動量」バットでボールを打ち返すときの力積

◆問題

ピッチャーの投げたボールをバッターがセンター方向に打ち返した。ピッチャー、バッター、センターは一直線上に位置し、ボールの質量は0.15kg,ピッチャーの投げたボールの速さは30m/s,バッターの打ち返したボールの速さは30m/s,仰角60°だったとき、次の問いに答えよ。

(1) ボールがバットから受けた力積の大きさはいくらか。


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◆解説

力積と運動量の間には、

「力積=運動量の変化」という関係があります。

今回のように、物体の運動状態の変化がわかると、そこから力積の大きさを求めることができます。

バットに当たる直前の運動量は、ピッチャーからバッターへの水平方向で、0.15×30=4.5kg・m/sです。

バットに当たった直後の運動量は、バッターからピッチャーへの方向仰角60°で、0.15×30=4.5kg・m/sです。

この運動量の変化が力積です。
運動量はベクトルなので、ベクトルとしての差を考えます。

バットに当たる前後では、反対向きになって仰角60°なので、2つの運動量ベクトルのなす角は120°です。

この形で図を考えると、120°の角をはさむ2辺が4.5の二等辺三角形ができます。
この残り1辺がベクトルの差であり、力積です。

1:2:√3の直角三角形ができるので、求める力積をIとすると、

2:√3=4.5:I/2
  I=4.5√3

有効数字を2桁とすれば、7.8N・s


つづく


◆関連問題
静止している質量1.2kgの物体に、一定の大きさ1.8Nの力を2.0秒間加えた。この物体の速さは何m/sになるか求めよ。
質量4.0kgの小球Aと質量2.0kgの小球Bの衝突


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高校物理「力学」「力積」「運動量」力を加えた後の速さ

高校物理「力学」「力積」「運動量」力を加えた後の速さ

◆問題

静止している質量1.2kgの物体に、一定の大きさ1.8Nの力を2.0秒間加えた。この物体の速さは何m/sになるか求めよ。


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◆解説

力積と運動量の間には、

「力積=運動量の変化」という関係があります。

力積は力と時間の積、運動量は質量と速さの積です。

求める速さをvとすると、

1.2v=1.8×2.0
   v=3.6/1.2
   v=3.0[m/s]


◆関連問題
質量4.0kgの小球Aと質量2.0kgの小球Bの衝突


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2021年02月06日

高校物理「磁気」「電流が磁場から受ける力」金属棒が静止したときのtanθ

高校物理「磁気」「電流が磁場から受ける力」金属棒が静止したときのtanθ

◆問題

質量m,長さl,電気抵抗rの金属棒を、起電力Eの電源につながれた導線で水平につるし、鉛直下向きに磁束密度Bの一様な磁場をかける。このとき、次の問いに答えよ。

(1) 金属棒に流れる電流の大きさを求めよ。

(2) 金属棒に流れる電流が磁場から受ける力の大きさを求めよ。

(3) このとき導線と鉛直方向のなす角がθとなって金属棒は静止した。tanθの値を求めよ。


この記事では、(3)を解説します。


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◆解説

(2) 金属棒に流れる電流が磁場から受ける力の大きさを求めよ。より、F=EBl/rであることがわかりました。

金属棒の質量はm,重力加速度はgなので、金属棒にかかる重力はmgです。

さらに、この条件で金属棒が静止したということは、「導線が金属棒を引く力が、Fとmgの合力とつり合っている」という条件が成り立っていると考えられます。

導線が金属棒を引く力をTとすると、力のつり合いから、

Tsinθ=F,Tcosθ=mg

という関係式が成り立ちます。
これらの式を使ってtanθを表すことを考えます。

Tcosθ=mgをTについて解くと、T=mg/cosθとなり、もう一方の式に代入すれば、

(mg/cosθ)sinθ=F
    mg・tanθ=F
       tanθ=F/mg

F=EBl/rだから、

tanθ=EBl/mgr


(1)に戻る


◆関連問題
磁極間に生じる反発力


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2021年02月05日

高校物理「磁気」「電流が磁場から受ける力」水平につるした導線と鉛直下向きの磁場

高校物理「磁気」「電流が磁場から受ける力」水平につるした導線と鉛直下向きの磁場

◆問題

質量m,長さl,電気抵抗rの金属棒を、起電力Eの電源につながれた導線で水平につるし、鉛直下向きに磁束密度Bの一様な磁場をかける。このとき、次の問いに答えよ。

(1) 金属棒に流れる電流の大きさを求めよ。

(2) 金属棒に流れる電流が磁場から受ける力の大きさを求めよ。


この記事では、(2)を解説します。


★★ お知らせ ★★

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◆解説

磁場中で電流が受ける力Fは、電流I,磁束密度B,導線の長さlを用いて、電流の向きと磁場の向きが垂直なときは、

F=IBl

で表されます。
垂直でない場合は、電流と磁場のなす角をθとして、F=IBlsinθとなります。


この問題の場合は、電流と磁場は直交しているので、F=IBlと考えればOKです。

Iは(1) 金属棒に流れる電流の大きさを求めよ。で求めたようにI=E/rで、磁束密度と導線の長さは問題文にある通りでB,lだから、

F=(E/r)Bl
 =EBl/r


つづく


◆関連問題
磁極間に生じる反発力


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2021年02月04日

高校物理(用語)「磁束密度」「磁束」

高校物理(用語)「磁束密度」「磁束」

★磁束密度(magnetic flux density)

単位面積当たりの磁束の量のこと。

磁束密度B[N/A・m],透磁率μ[N/A^2],磁場の強さH[A/m]の間には、

B=μH

の関係が成り立つ。


また、磁束密度の単位[N/A・m]は、[Wb/m^2]または[T]でも同じです。


★磁束(magnetic flux)

磁束密度Bに面積Sを掛けたのが磁束Φです。つまり、

Φ=BS

という関係式になります。


磁束と磁束密度の関係は、力と圧力の関係と同じです。見慣れない用語で混乱しやすいと思いますので、なじみのある数量を用いて、イメージを掴んでおくと良いでしょう!


力学など他の単元でも、一つの数量を複数の方法で表すことができる場合があります。あわせて確認しておくと良いと思います!


電磁誘導を応用した道具の代表例は、もちろん発電機ですね!実際に作ってみると、構造や仕組みがわかりやすいです!

【科学工作】電気・磁気 マルチ発電機B(組立キット)


◆ 関連項目
磁束、磁場電磁誘導
電気・磁気まとめ
運動方程式


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2021年02月03日

高校物理「磁気」「電流が磁場から受ける力」金属棒に流れる電流の大きさ

高校物理「磁気」「電流が磁場から受ける力」金属棒に流れる電流の大きさ

◆問題

質量m,長さl,電気抵抗rの金属棒を、起電力Eの電源につながれた導線で水平につるし、鉛直下向きに磁束密度Bの一様な磁場をかける。このとき、次の問いに答えよ。

(1) 金属棒に流れる電流の大きさを求めよ。


★★ お知らせ ★★

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マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

磁束密度B」などと書いてあるし、問題全体としては、磁場の単元の「電流が磁場から受ける力」の問題ですが、この設問に関しては、中学の「オームの法則」で事足ります。

要するに、「電源電圧E,抵抗rのとき、電流Iを求めよ」と言っているのと同じです。

どの単元の問題だろうが、電流と電圧と抵抗の間には、(電圧)=(電流)×(抵抗)の関係が成り立ちます。

つまり、

E=Ir

です。
これをIについて解いて、

I=E/r

これが、「金属棒に流れる電流の大きさ」です。


次の問題→(2)金属棒に流れる電流が磁場から受ける力


◆関連問題
磁極間に生じる反発力


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2021年01月30日

高校物理(用語)「磁気力に関するクーロンの法則」

高校物理(用語)「磁気力に関するクーロンの法則」

★磁気力に関するクーロンの法則(Coulomb's law of magnetic force)

磁極の強さを表す量を「磁気量」といい、2つの磁極の磁気量をm1[Wb],m2[Wb]、2つの磁極の間にはたらく磁気力をF[N]、磁極間の距離をr[m]、比例定数をkmとすると、次の式が成り立つ。

F=km・m1m2/r^2


磁極の磁気量が大きいほど磁気力は強く、磁極間の距離が離れれば磁気力は弱くなりますね。

静電気力に関するクーロンの法則や、万有引力の公式と、式の形が同じであることを理解しておくと、イメージを掴みやすいし覚えやすいと思います。


電磁誘導を応用した道具の代表例は、もちろん発電機ですね!実際に作ってみると、構造や仕組みがわかりやすいです!

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◆ 関連項目
静電気力に関するクーロンの法則万有引力
電気・磁気まとめ


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2021年01月29日

高校物理「磁気」「磁気力に関するクーロンの法則」磁気力から磁気量を求める

高校物理「磁気」「磁気力に関するクーロンの法則」磁気力から磁気量を求める

◆問題

真空中に、同じ強さの2つのN極の磁極を0.10m離して置いたところ、磁極同士には6.3Nの反発力が生じた。このときの磁極の磁気量の大きさを求めよ。ただし、km=6.3×10^4[N・m2/Wb2]とする。


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策、大学入試対策、資格試験対策など、様々な目的の授業を行っています。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

「磁気力に関するクーロンの法則」は、いわゆる普通の「クーロンの法則」つまり「静電気力に関するクーロンの法則」と同じ形の式になります。

F=km・m1m2/r^2

ですね。
Fは磁気力、kmは比例定数(この問題では6.3×10^4)、m1,m2は磁極の磁気量、rは磁極間の距離です。

これらの値を代入して計算すれば、磁極間に働く磁気力の大きさを求めることができます。

今回の問題では、F=6.3、km=6.3×10^4,m1=m2なのでm1=m2=mとして、r=0.10です。
代入してみると、

6.3=6.3×10^4・m・m/(0.10)^2

まずは両辺を6.3で割って、

1=10^4・m^2/(0.10)^2
(0.10)^2=10^4・m^2

さらに、両辺を入れ替えて10^4で割れば、

m^2=(0.10)^2/10^4
  =10^(-2)・10^(-4)
  =10^(-6)

よって、m=10^(-3)

有効数字を2桁とすれば、

m=1.0×10^(-3)[Wb]


◆関連問題
「クーロンの法則」AB間にはたらく静電気力


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2021年01月28日

高校物理(用語)「磁場」

高校物理(用語)「磁場」

★磁場(magnetic field)

磁力のはたらいている空間のこと。
電流の流れる導線の周りには磁場が生じる。
磁場の強さは通常Hで表し、単位は[N/Wb]または[A/m]となる。


直線電流の周りにできる磁場の強さHは、電流I,導線からの距離rを用いて、「H=I/2πr」

円形電流の中心にできる磁場の強さHは、電流I,円の半径rを用いて、「H=I/2r」

ソレノイドにできる磁場の強さHは、電流I,1mあたりの巻き数nを用いて、「H=nI」

で表される。


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◆ 関連項目
磁束、磁場、電磁誘導
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2021年01月26日

中学・高校物理(用語)「誘導電流」「誘導起電力」

中学・高校物理(用語)「誘導電流」「誘導起電力」

★誘導電流(induced current)

電磁誘導によって生じた電流のこと。

そして、電磁誘導による起電力を★誘導起電力(induced electromotive force)という。

コイル等の導体を貫く磁束の変化が大きいほど、誘導起電力が大きくなり、その結果、誘導電流も大きくなる。


慣れないうちは、電磁誘導、誘導電流、誘導起電力これらの区別がつきにくい人が多いようです。
どれがどれなのか、しっかり意識して理解して覚えるようにしましょう!


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◆ 関連項目
磁束、磁場、電磁誘導
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2021年01月24日

中学・高校物理(用語)「電磁誘導」

中学・高校物理(用語)「電磁誘導」

★電磁誘導(electromagnetic induction)

磁束が変化する環境にある導体に電流が流れる現象のこと。

具体的には、
・導線の周囲の磁場が変化する→導線の周囲で磁石を動かす
・磁場の周囲で導線が移動する→磁石の近くでコイルを回転させる
などの操作をすると、電磁誘導が起こって、導体に誘導電流が流れます。

電流の流れる向きは、誘導電流によって生じる磁場が、導線の周囲の磁場の変化を打ち消す向きになります。
力学における摩擦力が、物体の進行方向と反対の向きに生じるのと同じイメージで理解しておくと良いと思います。

また、一定時間に導体を横切る磁束の量に比例して誘導起電力が生じるので、
磁場が強いほど、磁場や導線の移動が速いほど、磁石とコイルが近いほど、誘導起電力が大きくなります。


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◆ 関連項目
磁束、磁場、誘導電流、誘導起電力
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2021年01月20日

高校物理(用語)「回折」

高校物理(用語)「回折」

★回折(diffraction)

媒質中を伝わる波が、障害物の後ろに回り込んで伝わっていく現象を回折という。


直線上の壁に向かって波が進むとき、その壁に穴があれば、その穴の部分に到達する波だけが壁を通過することになり、その穴が新たな波源とみなせるので、穴を中心に波が広がる。だから、壁の裏側にも波が伝わる。と理解しておけばOKです。

回折の性質としては、障害物に対して波長が大きいほど回折角が大きくなることを覚えておけば良いと思います。
例えば厚さ100mのスーパー堤防に作られた水路と、厚さ5cmの板の壁の穴を比較してイメージしてみれば、納得できるのではないでしょうか?


◆ 関連項目
波長屈折


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2021年01月15日

高校物理「電気・磁気まとめ」

高校物理「電気・磁気まとめ」

高校物理の電気・磁気に関する、このブログに掲載した解説・問題の一覧です。


◆ 公式・用語・解き方

●電気
クーロンの法則
静電気力
電場
電位
電池の内部抵抗
オームの法則
キルヒホッフの法則
ホイートストンブリッジ
コンデンサー
電気容量
コンデンサーの静電エネルギー
電気量の保存

●磁気
磁場
磁気力に関するクーロンの法則
ローレンツ力
電磁誘導
磁束・磁束密度
ファラデーの電磁誘導の法則
誘導起電力
自己インダクタンス
相互インダクタンス
リアクタンス
インピーダンス
交流電流


◆ 問題

●電気
起電力E,抵抗値rのときの電流I

断面積2.0×10^(-6)m^2のアルミニウムの導線に、4.8Aの電流が流れているとき、自由電子の流れる速さを求めよ。

点A(a,0)と点B(−a,0)に電気量Q[C]の正電荷をそれぞれ固定したとき、AB間にはたらく静電気力など

点A(−a,0),点B(a,0),点C(0,a)がある。点Aには−2Q[C],点BにはQ[C]の点電荷が固定されているとき、点Cにおける電位など

立方体の格子を流れる電流、電圧、抵抗

面積S[m^2]の極板間の距離がd[m]の平行板コンデンサーを、電圧V[V]の直流電源に接続するときの、電気量、電気容量

電気容量が0.50μFのコンデンサーがある。このコンデンサーに蓄えた電気量が2.0×10^(-4)Cのとき、極板間の電圧を求めよ。

電気容量が1.0×10^3[μF]のコンデンサーに、2.0×10^2[V]の電源をつないで充電した。このときコンデンサーに蓄えられた静電エネルギーを求めよ。

電気容量がそれぞれ2.0μF,3.0μFの2つのコンデンサーの合成容量


●磁気
磁場の強さが1.0×10^2[A/m]のとき、磁束密度の大きさは何Tか?

同じ強さの2つのN極の磁極を0.10m離して置いたところ、磁極同士には6.3Nの反発力が生じた。このときの磁極の磁気量の大きさを求めよ。

25[A/m]の磁場中で、2.0×10^(-8)Wbの磁極が受ける磁気力の大きさは何Nか。

磁束密度2.0×10^(-4)Tの一様な磁場中に、5.0×10^5[m/s]で入射した電子は、磁場から何Nの力を受けるか


ファラデーの電磁誘導の法則

断面積1.0×10^(-2),巻き数2.0×10^3のコイルがある。このコイルを垂直に貫く磁場の磁束密度が0.20S間に5.0T増加した。コイルに生じる誘導起電力はいくらか。

一定の速度で移動する導体棒に生じる誘導起電力

磁束密度30[T]の一様な磁場中で、磁場と直交するように長さ1.0[m]の金属棒を置く。この棒を、磁場と棒の長さの向きの両方に垂直に5.0[m/s]で動かす。このとき、金属棒に生じる誘導起電力の大きさを求めよ。

長さa[m]の導体棒OPが角速度ω[rad/s]で水平面内で左回りに回転している。この空間に鉛直下向きに磁束密度B[T]の一様な磁場を発生させたとき、OP間の誘導起電力の大きさを求めよ。

面積がSの1巻きのコイルを一定の角速度ωで回転させるとき

自己インダクタンス0.20Hのコイルに5.0Aの電流が流れているとき、コイルに蓄えられているエネルギーはいくらか。

相互インダクタンス


●交流電流

実効値100V,周波数50Hzの交流電圧をコンデンサーに加えると、314mAの電流が流れた。このコンデンサーのリアクタンスと電気容量を求めよ。

コンデンサーC[F]に実効値100V,周波数50Hzの交流電源を接続する。回路を流れる電流の実効値を1.0Aにする

電気容量が0.20μFのコンデンサーと自己インダクタンスが2.0mHのコイルを接続した振動回路の共振周波数は何Hzになるか求めよ。

抵抗R,コイルL,コンデンサーCを直列に接続し、交流電源に接続した。周波数、抵抗値、リアクタンス、自己インダクタンス、電圧の最大値


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職業:プロ家庭教師、AE個別学習室(えまじゅく)代表、翻訳者
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