◆問題
第３問
図１のように、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この板の上を走らせる。台車に固定した細長い棒の先に、台車の進行方向にＮ極が向くように軽い棒磁石が取りつけられている。二つのコイルの中心間の距離は０．２０ｍである。ただし、コイル間の相互インダクタンスの影響は無視でき、また、台車は平面板の上をなめらかに動く。
台車が運動することにより、コイルには誘導起電力が発生する。オシロスコープにより電圧を測定すると、台車が動き始めからの電圧は、図２のようになった。
問１はこちら
問２はこちら
問３ Ａさんが、条件を少し変えて実験してみたところ、結果は図３のように変わった。
Ａさんが加えた変更として最も適当なものを、次の①～⑤のうちから一つ選べ。ただし、選択肢に記述されている以外の変更は行わなかったものとする。また、磁石を追加した場合は、もとの磁石と同じものを使用したものとする。[ 19 ]
①台車の速さを√２倍にした。
②台車の速さを２倍にした。
③台車につける磁石をＳＮＳＮのように２個つなげたものに交換した。
④台車につける磁石を互い違いに２個束ねたものに交換した。
⑤台車につける磁石を同じ向きに２個束ねたものに交換した。
問３の解答はこのページ下に掲載します。
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◆解答
変更後は、グラフの電圧の値が２倍になっていますね。
電圧が２倍になるということは、コイル周辺の磁場の変化の仕方が２倍になるということです。
電圧が大きくなっている場所の間隔は変わらないので、台車の速さは変わっていないと推定できます。
それなのに磁場の変化の仕方が２倍になっているということは、磁石の強さが２倍になった。と考えられますね。
磁石を同じ向きに２個束ねると２倍強力な磁石を使ったのと同じなので、
⑤台車につける磁石を同じ向きに２個束ねたものに交換した。
が正解ですね！
次の問題→コイル３つの場合
◆関連項目
電気・磁気まとめ
2022年第２問
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