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大学入試難問(数学解答&物理㉒(コンデンサー))

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まずは、数学(曲線の長さ)の解説からです。

先週の問題 数学㊹(曲線の長さ)

<問題>

 xy平面上に中心(0,1),半径1の円があり、この円はx軸上を滑ることなく転がる。点Pは最初、点(0,2)にあり、円に固定された点であり、円の回転に伴い移動する。円が1周回転する間、点Pの動く距離を求めよ。

<ヒント>

 いわゆるサイクロイドです。まずは、点Pのx座標とy座標を円が回転した角度θ(0≤θ≤2π)で表しましょう。これで、媒介変数表示にすることができたので、あとは曲線の長さの公式を使いましょう。

<解答>

今週の問題 物理(コンデンサー)

<問題>

 内部抵抗が無視できる起電力36Vの電池と、電気容量がC1=1μF、C2=1μF、C3=2μFである3つのコンデンサーC1,C2,C3と、スイッチS1,S2が図のように接続された回路がある。最初、2つのスイッチは共に開いており、各コンデンサーには電荷は蓄えられていない。次の問いに答えよ。

(1)スイッチS1を閉じ、十分に時間が経ったときのC1とC2の電荷を求めよ。

(2)次にS1を開き、S2を閉じ、十分に時間が経ったときのC2とC3の電荷を求めよ。

(3)(2)に続き、S2を開き、S1を閉じ、十分に時間が経ったときのC1とC2の電荷を求めよ。

(4)再び、(2)の操作を行った。十分に時間が経ったときのC2とC3の電荷を求めよ。

(5)(3)と(4)の操作を無限に繰り返したとき、C1、C2、C3の電荷を求めよ。

<ヒント>

 電気量保存則とキルヒホッフの法則で回路の方程式を立てて、丁寧に解けばできますよ。

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