本日配信のメルマガでは、2025年大学入学共通テスト物理第４問の問５を解説します。
【高校数学】読むだけでわかる！共通テスト数学の考え方
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■ 問題
第４問
図１のように、同一水平面(紙面)に感覚ｌで平行におかれた充分に長い２本の導体
レールと、抵抗値Ｒの抵抗、電気容量Ｃのコンデンサー、スイッチＳを導線でつなぎ、
導体レールの上に導体レールに垂直に軽い導体棒を置いた。導体棒とレールの接点を
ａ，ｂとする。その後、鉛直上向き(紙面の裏から表の向き)に磁束密度の大きさがＢ
の一様な磁場(磁界)をかけた。
はじめにコンデンサーには電荷が蓄えられておらず、スイッチＳは開いている。
次に、導体棒を右向きに一定の速さｖ(ｖ＞０)で動かしながらＳを閉じる。Ｓを
閉じた後も、導体棒が右向きに速さｖで動き続けるように、導体棒に大きさＦの外力
を加える。ただし、導体棒はレールと垂直を保ちながらなめらかに運動するものと
する。また、導体、導体レール、導体棒の電気抵抗、空気抵抗、回路の自己
インダクタンスは無視できるものとする。
図１
問１ 導体棒が右向きに速さｖで動くときに導体棒のａｂ間に生じる誘導起電力Ｖ1
の大きさと、Ｓを閉じた直後に導体棒に流れる電流の向きの組合せとして最も適当な
ものを、次の{1}～{6}のうちから一つ選べ。[ 17 ]
問２ Ｓを閉じてから時間がｔだけ経ったときの、Ｆを表すグラフとして最も適当な
ものを、次の{1}～{6}のうちから一つ選べ。[ 18 ]
問３ 次の文章中の空欄[ 19 ]・[ 20 ]に入れる式として最も適当なものを、
それぞれの選択肢のうちから一つずつ選べ。
Ｓを閉じてから充分な時間が経つまでに、外力がした仕事の大きさをＷ，抵抗で
発生したジュール熱の大きさをＪとして、充分な時間が経ったときにコンデンサーに
蓄えられるエネルギーをＵとする。このとき、Ｗ，Ｊ，Ｕの間には[ 19 ]の関係が
成り立つ。また、外力がした仕事の大きさＷは、充分な時間が経ったときに
コンデンサーに蓄えられている電荷を、導体棒の両端に生じる電位差Ｖ1に逆らって
運ぶ仕事の大きさに等しくなる。したがって抵抗で発生したジュール熱の大きさＪは
[ 20 ]となる。
問４ Ｓを閉じてから充分な時間が経った後に、Ｓを開き、導体棒を静止させた。
続いて、Ｓを閉じたときに、閉じた直後に導体棒に流れる電流の向きと導体棒の
運動の組合せとして最も適当なものを、次の{1}～{9}のうちから一つ選べ。[ 21 ]
次に図２のように、図１のコンデンサーを自己インダクタンスがＬのコイルに
換えて同様な実験を行った。はじめにスイッチＳは開いており、導体棒を右向きに
一定の速さｖで動かしながらＳを閉じる。Ｓを閉じた後も、導体棒が右向きに速さｖ
で動き続けるように、導体棒に大きさＦの外力を加える。このとき、導体棒のａｂ間
に生じる誘導起電力をＶ2とする。
図２
Ｓを閉じてから時間がｔだけ経ったときの、回路に流れる電流の大きさＩを調べた
ところ、図３のようになった。ただし、破線は時刻ｔ＝０におけるグラフの接線を
表している。
図３
問５ Ｓを閉じてから充分に時間が経ったときに、[コイルに]発生する誘導起電力の
大きさを表す式として最も適当なものを、次の{1}～{7}のうちから一つ選べ。[ 22 ]
つづく
問題の図や選択肢は、大学入試センターなどでご確認ください。
https://www.dnc.ac.jp/kyotsu/kakomondai/r7/r7_honshiken_mondai.html※分数は(分子)／(分母)、ｘの２乗はｘ^2、マーク部分の□は[ ]で表記しています。
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■ 解説目次
◆１ ブログ記事紹介
◆２ フレミング左手の法則は「電・磁・力」
つづく
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■ 解説
◆１ ブログ記事紹介
今回は「電気・磁気」に関する問題でした。
えまじゅくブログでは、物理の解説も多数掲載しています。
誘導起電力
http://a-ema.seesaa.net/article/479716434.html電気・磁気まとめ
http://a-ema.seesaa.net/article/479532099.html良かったらこれらも参考にしてください。
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◆２ フレミング左手の法則は「電・磁・力」
今回は電気・磁気の問題です。
問１では、磁場中を導体棒が移動するときの誘導起電力と電流の向きを考えます。
誘導起電力Ｖは、導体棒の移動する速さｖ，磁束密度Ｂ，導体棒の長さｌを用いて、
Ｖ＝ｖＢｌ
で求めることができます。
今回の問題では、与えられた条件もそのままｖ，Ｂ，ｌなので・・・
(以下略)
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解説の続き・解答や公式一覧などは・・・
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