2023年物理基礎のセンサー試験に挑戦4

センター試験の物理基礎を解いてみた。

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2023年物理基礎 第3問

問1

候補が11が力学的エネルギーで12が光エネルギーしかない気がする。

問2

問題文の速度での電力量はおよそ1時間で18kWhである。これを1日24時間分発電するので24倍の電力量になる。

問3

抵抗で消費されるエネルギーは

P=RI^2なので10^{-3}倍すればよい。

また電力と電流と電圧の関係は

P=VIなので10^3倍すればよい。

問4

電磁誘導により2次コイルに電圧が生じる。

V_{01}を入力電圧とし一次コイル側の自己誘導起電力をV_1,２次コイル側の誘導起電力をV_2とする。

V_{01}によりΔt秒間に磁束Δφが発生したとする。この時自己誘導起電力は

V_1=-N_1\dfrac{Δφ}{Δt}・・・①

となる。

この時キルヒホッフの法則より起電力の和は電圧降下の和に等しいので

V_{01}-V_1=RI

となる。ここでコイルの抵抗を０とすると。

V_{01}-V_1

となる。コイル2について考えた時理想的な変圧器ではコイル１と同じ磁束がかかると考えられるので

V_2=-N_2\dfrac{Δφ}{Δt}・・・②

となる。①、②の２式から磁束と時間の項が共通なので代入して整理すると。

\dfrac{V_1}{N_1}=\dfrac{V_2}{N_2}

となる。

まとめ

物理基礎で変圧器までやるなんて今のセンター試験は範囲が広いですね。