【理数個別の過去問解説】2020年度中央大学理工学部 物理 第2問(4)(5)(6)解説 - 質問解決D.B.(データベース)

【理数個別の過去問解説】2020年度中央大学理工学部 物理 第2問(4)(5)(6)解説

問題文全文(内容文):
図1に示すように抵抗とコイルをつないだ回路で,スイッチSを閉じたり開いたりしたときに回路に流れる電流を考えよう。電池の起電力をE,コイルの自己インダクタンスをL, 2つの抵抗の抵抗値は図1のようにr,Rとする。電池と直列につながれた抵抗値の抵抗は電池の内部抵抗と考えてもよい。また,導線およびコイルの電気抵抗は無視できるものとする。
スイッチSを閉じた後のある時刻にコイル,抵抗値Rの抵抗を図1の矢印の向きに流れる電流をそれぞれI₁,I₂と書くことにする。
スイッチSが開いていて回路に電流が流れていない状態でスイッチSを閉じたとき,その直後に回路に流れる電流は,I₁=(4) ,I₂=(5)となる。したがって,スイッチSを閉じた直後にコイルに生じる誘導起電力の大きさはE,r,Rを用いて(6)と表される。
チャプター:

0:00 オープニング
0:05 問題確認
0:13 (4)スイッチを閉じた直後にコイルに流れる電流
1:29 (5)スイッチを閉じた直後に抵抗に流れる電流
2:25 (6)スイッチを閉じた直後のコイルに生じる誘導起電力

単元: #物理#電気#大学入試過去問(物理)#理科(高校生)#中央大学
指導講師: 理数個別チャンネル
問題文全文(内容文):
図1に示すように抵抗とコイルをつないだ回路で,スイッチSを閉じたり開いたりしたときに回路に流れる電流を考えよう。電池の起電力をE,コイルの自己インダクタンスをL, 2つの抵抗の抵抗値は図1のようにr,Rとする。電池と直列につながれた抵抗値の抵抗は電池の内部抵抗と考えてもよい。また,導線およびコイルの電気抵抗は無視できるものとする。
スイッチSを閉じた後のある時刻にコイル,抵抗値Rの抵抗を図1の矢印の向きに流れる電流をそれぞれI₁,I₂と書くことにする。
スイッチSが開いていて回路に電流が流れていない状態でスイッチSを閉じたとき,その直後に回路に流れる電流は,I₁=(4) ,I₂=(5)となる。したがって,スイッチSを閉じた直後にコイルに生じる誘導起電力の大きさはE,r,Rを用いて(6)と表される。
投稿日:2023.09.11

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(1) スイッチ S を A 側に接続したとき、C₁ にたくわえられる電気量、および静電エネルギーはいくらか。また、このとき電池がした仕事はいくらか。
(2) 次に、スイッチ S を B に切り換える。C₁ の電気量、および電圧はいくらになるか。
(3) (2)において、C₁ と C₂ にたくわえられる静電エネルギーの和はいくらになるか。
(4) (1)では、電池がした仕事と、C₁ にたくわえられる静電エネルギーが等しくならない。導線に微小な抵抗があることを考慮して、その理由を簡潔に説明せよ。
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(2) コイルに流れる誘導電流I[A]と時刻t[s]との関係を示すグラフを描け。ただし、a→b→c→d→の向きに流れる電流を正とする。
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