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【物理基礎】仕事とエネルギー解説動画です

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図1は電球Lに加えた電圧と、それを流れる電流を測定した結果を示したものである。この電球Lを含む図2の回路を考える。ただし、100〔V〕の直流電源の内部抵抗は無視できるものとする。

まず、スイッチSが開いている状態を考える。Lにかかる電圧は、(1)〔V〕で、流れる電流は(2)〔A〕である。このときのLの消費電力は(3)〔W〕である。
次に、Sが閉じた状態を考える。このときのLの抵抗値は(4)〔Ω〕である。また、100〔Ω〕の抵抗には(5)〔A〕の電流が流れる。
最後に、50Ωの抵抗を電球Lに取り換えて、2つのLを並列にし、Sを閉じる。このとき回路全体での消費電力は(6)〔W〕となる。

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【1】図1のように、半径 $R$ の軽い円筒の内側に、質点とみなせる質量 $\dfrac{m}{2}$ の小球1、2 の小球2が軽い棒を介して固定されている。棒と小球は円筒側面に垂直な一直線上にあり、小球1と2の重心は円筒の中心軸上にある。重心 $G$ と小球1、2の間の距離はともに $r$ である。円筒本体と棒の質量は無視できるものとして以下の設問に答えよ。

図2のように、滑らかな水平面上で円筒が水平方向に移動することなく時計回りに回転している。小球1と2の重心 $G$ は静止している。図で水平方向右向きを $x$ 軸の正方向、鉛直上向きを $y$ 軸の正方向とする。

(1) ある瞬間、小球1が小球2より右側にあり、棒と鉛直線がなす角は $\theta$ であった。円筒外側の側面の速さを $v$ とするとき、小球1、2の速度の $x$ 成分と $y$ 成分をそれぞれいくらか。

図3のように、摩擦のある水平面上で円筒が滑ることなく時計回りに転がっている。このとき力学的エネルギーの損失はなく、小球1と2の重心 $G$ は一定の速さ $v$ で水平左から右方向に移動している。図で水平方向右向きを $x$ 軸の正方向、鉛直上向きを $y$ 軸の正方向とする。

(2) ある瞬間、小球1が小球2より右側にあり、棒と鉛直線がなす角は $\theta$ であった。小球1、2の速度の $x$ 成分と $y$ 成分をそれぞれいくらか。

(3) 小球1と2の運動エネルギーの総和はいくらか。

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図は、ヤングの干渉実験を示しており、Dは，波長を変えることができる単色光源である。スリットS₁，S₂の間隔dは，スクリーンPQまでの距離Lに比べて十分に小さいものとする。PQ上に観察される干渉縞について，次の各問に答えよ。
(1) スクリーンPQの中心Oから距離xはなれたスクリーン上の点をRとする。経路差|S₁R-S₂R|を，d，x，Lを用いて表せ。ただし，xはLよりも十分に小さく，|h|＜＜1のときに成り立つ，(1+h)^n≒1+nhの近似式を用いてよい。
(2) d=4.0×10*-4m，L=2.0mのとき，干渉縞の明線の間隔Δxが3.0×10^-3mとなった。光源の単色光の波長はいくらか。
(3) 単色光の色を赤，緑，紫に変えると，Δxが変化した。Δxが大きい順に色を示せ。
(4) 装置全体を空気中から水中にうつすと，Δxはどのように変化するか。
(5) 単色光の代わりに白色光を用いると，1次の明線はどのように見えるか。

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【物理】磁場のまとめ動画です