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図のように、振り子の長さがL、おもりの質量がmの単振り子がある。いま、糸は、鉛直線OO’から小さな角θだけ傾いている。このとき、おもりが受けている力は、（　ア　）と糸の張力である。重力加速度の大きさをg、角θの増加する向きを正にとると、運動方向の力の成分Fは、F=（　イ　）である。角θは十分に小さいので、円弧O’Pの長さをxとすると、sinθ≒x/Lとみなすことができ、近似的にF≒（　ウ　）となる。これは単振動を表す式である。
一方、質量mの質点が、角振動数ωで単振動しているとき、変位をxとすると、復元力Fは、F=（　エ　）である。単振動の周期Tと角振動数ωの関係は、T=（　オ　）と表される。これから、単振り子の周期Tを求めると、T=（　カ　）となる。

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格子定数(隣りあうすじの間隔)がdの回折格子に、単色光を垂直に入射させ、距離Lはなれたスクリーン上の明線を観察した。最も明るい明線から1次の明線までの距離x、1次の明線が得られる方向と入射光のなす角をθとして、次の各問いに答えよ。

(1)入射光の波長λを、d,L,xを用いて表せ。ただし、θは十分に小さく、sinθ≒tanθが成り立つものとする。

(2)入射光を単色光から白色光に変えたとする。このとき、最も明るい明線と1次の明線は、それぞれどのように見えるか。

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図のように,波長λのX線光子がx軸上を正の向きに進み,原点に静止している質量mの電子によって錯乱された。散乱後,X線光子は,x軸の負の向きに波長λ′となって進み,電子は,x軸の正の向きに速さvで進んだ。プランク定数をh,真空中の光速をcとする。
(1)波長λのⅩ線光子がもつエネルギーと運動量の大きさを,λ,h,cのうち必要な記号を用いてそれぞれ表せ。　　　
(2)x軸方向について,錯乱の前後での運動量保存の法則の式を表せ。
(3)錯乱の前後でのエネルギー保存の法則の式を示せ。
(4)(2),(3)の式からvを消去し,X線の波長の変化λ′-λを,m,c,hを用いて表せ。ただし,λ′-λはλやλ′に比べて十分に小さいとし,1/λ² + 1/λ'² ≒ 2/λλ'の関係を用いよ。
(5)錯乱X線の波長λ′は入射X線の波長λよりも長くなる。この理由を簡潔に説明せよ。

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「球が吸われる理由」について解説しています。

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密度ρ₀の水に、密度ρ（ρ＜ρ₀）の物質でできた一辺Lの立方体を指で押し、全体を水中に沈めて静止させた。重力加速度の大きさをgとして、次の各問に答えよ。
(1) 立方体の重さはいくらか。
(2) 立方体が受ける浮力の大きさははいくらか。
(3) 立方体を押す指を離した直後の、立方体の加速度を求めよ。