高校物理「電気・磁気まとめ」

高校物理「電気・磁気まとめ」

高校物理の電気・磁気に関する、このブログに掲載した解説・問題の一覧です。


◆　公式・用語・解き方

●電気
クーロンの法則
静電気力
電場
電位
電池の内部抵抗
オームの法則
キルヒホッフの法則
ホイートストンブリッジ
コンデンサー
電気容量
コンデンサーの静電エネルギー
電気量の保存
ダイオード

●磁気
磁場
磁気力に関するクーロンの法則
ローレンツ力
電磁誘導
磁束・磁束密度
ファラデーの電磁誘導の法則、レンツの法則
誘導起電力
自己インダクタンス
相互インダクタンス、相互誘導
リアクタンス
インピーダンス
交流電流
実効値
Ｖ＝Ｖ0ｓｉｎωｔの導き方
共振回路、共振周波数
電気振動、固有周波数
変圧器


◆　問題

●電気
導線の周りの電気力線と電場、平面から出る電気力線と電場、球面上の電気力線�@、球面上の電気力線�A

起電力Ｅ，抵抗値ｒのときの電流Ｉ

天井からつるされた小球にはたらく静電気力と電荷

断面積２．０×１０^(-6)ｍ^2のアルミニウムの導線に、４．８Ａの電流が流れているとき、自由電子の流れる速さを求めよ。

長さ９．０ｍ、断面積５．０×１０^-7ｍ²、抵抗０．５０Ωの導線に、３．６Ａの電流が流れている。自由電子の速さ等

点Ａ(ａ，０)と点Ｂ(−ａ，０)に電気量Ｑ[Ｃ]の正電荷をそれぞれ固定したとき、ＡＢ間にはたらく静電気力など

点Ａ(−ａ，０)，点Ｂ(ａ，０)，点Ｃ(０，ａ)がある。点Ａには−２Ｑ[Ｃ]，点ＢにはＱ[Ｃ]の点電荷が固定されているとき、点Ｃにおける電位など

点Ａ(−４ａ，０)，Ｂ(４ａ，０)，Ｃ(０，−３ａ)に電荷を置いたとき

立方体の格子を流れる電流、電圧、抵抗


●コンデンサー
面積Ｓ[ｍ^2]の極板間の距離がｄ[ｍ]の平行板コンデンサーを、電圧Ｖ[Ｖ]の直流電源に接続するときの、電気量、電気容量

極板面積Ｓ[ｍ^2]，極板間の距離ｄ[ｍ]の平行板コンデンサーの電気力線、電場、電荷

電気容量が０．５０μＦのコンデンサーがある。このコンデンサーに蓄えた電気量が２．０×１０^(-4)Ｃのとき、極板間の電圧を求めよ。

電気容量が１．０×１０^3[μＦ]のコンデンサーに、２．０×１０^2[Ｖ]の電源をつないで充電した。このときコンデンサーに蓄えられた静電エネルギーを求めよ。

電気容量がそれぞれ２．０μＦ，３．０μＦの２つのコンデンサーの合成容量

３つのコンデンサーの耐電圧

コンデンサーの極板間に導体や誘電体を入れた場合


●様々な電気回路
Ｒ1＝２０Ω、Ｒ2＝３０Ω、Ｒ3＝５０Ω、Ｒ4＝１００Ω，Ｇで接地されているときの電位

電源２つ、抵抗３つの電気回路

箔検電器の箔の状態

電流計・電圧計

「非直線抵抗」電球に流れる電流

内部抵抗ｒの電池と可変抵抗器の回路

ダイオードを含む回路、参考図あり、電流がｍＡで与えられている場合


●磁気
磁場の強さが１．０×１０^2[Ａ／ｍ]のとき、磁束密度の大きさは何Ｔか？

同じ強さの２つのＮ極の磁極を０．１０ｍ離して置いたところ、磁極同士には６．３Ｎの反発力が生じた。このときの磁極の磁気量の大きさを求めよ。

２５[Ａ／ｍ]の磁場中で、２．０×１０^(-8)Ｗｂの磁極が受ける磁気力の大きさは何Ｎか。

長さ０．２０ｍのソレノイド内部の磁場、磁束密度

真空中に平行に置いた導線Ａ，Ｂに、Ｉ1[Ａ]，Ｉ2[Ａ]の電流を流す。導線Ａ，Ｂ間に働く力を求めよ。

磁束密度２．０×１０^(-4)Ｔの一様な磁場中に、５．０×１０^5[ｍ／ｓ]で入射した電子は、磁場から何Ｎの力を受けるか

磁束密度Ｂ[Ｔ]の一様な磁場中で、質量ｍ[ｋｇ]，電荷ｑ[Ｃ]の荷電粒子が、速さｖ[ｍ／ｓ]で磁場と垂直に運動しているときの円運動

電子を磁場に対して斜めに射出したとき


●ファラデーの電磁誘導の法則

断面積１．０×１０^(-2)，巻き数２．０×１０^3のコイルがある。このコイルを垂直に貫く磁場の磁束密度が０．２０Ｓ間に５．０Ｔ増加した。コイルに生じる誘導起電力はいくらか。

一定の速度で移動する導体棒に生じる誘導起電力

磁束密度３０[Ｔ]の一様な磁場中で、磁場と直交するように長さ１．０[ｍ]の金属棒を置く。この棒を、磁場と棒の長さの向きの両方に垂直に５．０[ｍ／ｓ]で動かす。このとき、金属棒に生じる誘導起電力の大きさを求めよ。

長さａ[ｍ]の導体棒ＯＰが角速度ω[ｒａｄ／ｓ]で水平面内で左回りに回転している。この空間に鉛直下向きに磁束密度Ｂ[Ｔ]の一様な磁場を発生させたとき、ＯＰ間の誘導起電力の大きさを求めよ。

面積がＳの１巻きのコイルを一定の角速度ωで回転させるときの磁束と誘導起電力

自己インダクタンス０．２０Ｈのコイルに５．０Ａの電流が流れているとき、コイルに蓄えられているエネルギーはいくらか。

「自己インダクタンス」電流、時間、起電力がわかっているとき

相互インダクタンス


●交流電流
５０Ｈｚの交流の角周波数と周期

５０Ｈｚの交流電圧で、１００Ωのリアクタンスを示すコイルの自己インダクタンス

リアクタンスを周波数ｆで表す。
０．１０Ｈのとき、１０μＦのとき

実効値１００Ｖ，周波数５０Ｈｚの交流電圧をコンデンサーに加えると、３１４ｍＡの電流が流れた。このコンデンサーのリアクタンスと電気容量を求めよ。

コンデンサーＣ[Ｆ]に実効値１００Ｖ，周波数５０Ｈｚの交流電源を接続する。回路を流れる電流の実効値を１．０Ａにする

電気容量が０．２０μＦのコンデンサーと自己インダクタンスが２．０ｍＨのコイルを接続した振動回路の共振周波数は何Ｈｚになるか求めよ。

抵抗、コイル、コンデンサーを直列に接続し、５０Ｈｚの交流電源につないだ。回路全体のインピーダンスを求めよ。

抵抗Ｒ，コイルＬ，コンデンサーＣを直列に接続し、交流電源に接続した。周波数、抵抗値、リアクタンス、自己インダクタンス、電圧の最大値

ＲＬＣ並列回路の電流

自己インダクタンス５．０Ｈのコイル、３０Ｖで充電された２．０×１０^(-7)Ｆのコンデンサー、スイッチを直列に接続したときの電気振動

１．０×１０^(-3)ＦのコンデンサーＣ、コイルＬ、スイッチＳの振動回路

一次コイルの巻数３００回、二次コイルの巻数６００回の変圧器


●共通テストより
2022年第３問「二つのコイルをオシロスコープにつなぎ、平面板コイルの中を通るように水平に設置した。台車に初速を与えて…」
2023年第４問「物理の授業でコンデンサーの電気容量を測定する実験を行った。まず、コンデンサーの基本的性質を復習するため…」


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