2024年01月15日

高校物理「磁気」ホール効果に関する問題@

高校物理「磁気」ホール効果に関する問題@

◆問題

鉛直上向き磁束密度Bの一様な磁場中に、縦3h,横6h,高さhの直方体の形をした金属を水平に置き、一定の電流Iを左から右に流したところ、ホール効果の現象が生じた。電子の電荷を−e,金属中の単位体積あたりの電子数をn,金属中の電子の速さをvとして次の問いに答えよ。

(1) 電子が磁場から受ける力の大きさを求めよ。


参考図(直方体の金属を真横から見た図)

 ┌─────┐
─┤     ├─
 └─────┘
   ↑
この金属に左から右へ電流Iが流れている


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

今回の問題のように、金属などの中を流れる電流に対して、垂直に磁場をかけると、電流と磁場の両方に垂直な方向に起電力が生じます。この現象をホール効果といいます。

その他いろいろ説明が書いてありますが、今回の問題は要するに、

「磁束密度Bの磁場中を磁場に対して垂直に速さvで進む電荷−eの粒子にかかる力」

を求めれば良いですね。
普通にローレンツ力の公式f=qvBの通りです。

そのまま公式に入れれば、

f=−evB

ですが、力の大きさなので正の数にして、求める力の大きさは

f=evB

となります。


次の問題→金属面に生じた電位差


◆関連項目
ローレンツ力
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月14日

高校物理「磁気」2.5Tの磁場中に導線を置いたとき

高校物理「磁気」2.5Tの磁場中に導線を置いたとき

◆問題

磁束密度2.5Tの一様な磁場中で、磁場と角θをなす方向に導線を置き、2.4Aの電流を流す。θの値が次の値のとき、導線0.10mあたりにはたらく力の大きさを求めよ。

(1) θ=0°

(2) θ=30°

(3) θ=90°


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

磁場中の導線が受ける力の大きさFは、F=IBlsinθで求めることができます。

問題の設定より、I=2.4,B=2.5,l=0.10ですね。
あとはθにそれぞれの値を代入して計算すればOKです。

(1) θ=0°

F=2.4×2.5×0.10×sin0°

sin0°=0だから、F=0[N]となります。


(2) θ=30°

sin30°=1/2だから、

F=2.4×2.5×0.10×1/2
 =0.30[N]


(3) θ=90°

sin90°=1だから、

F=2.4×2.5×0.10×1
 =0.60[N]


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 07:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月12日

高校物理「電気」抵抗3つ、コンデンサー1つの回路に流れる電流等B

高校物理「電気」抵抗3つ、コンデンサー1つの回路に流れる電流等B

◆問題

下の参考図の回路において、抵抗R1=2.0Ω,R2=4.0Ω,R3=8.0Ω,コンデンサーC=1.0μF,電源V=24Vとする。可変抵抗Rx=6.0Ω,Gで接地され、電源の内部抵抗は無視でき、電流を流し始めてから充分な時間が経過しているものとして次の問いに答えよ。


参考図
┌─R1─┬─Rx─┐
│    │    │
│    C    │
│    │    │
├─R2─┴─R3─┤
│         │
└────V────┤
   ←   ←  G
 (←は電流の向き)


(1) R1,R2に流れる電流の大きさを求めよ。

(2) コンデンサーに蓄えられた電気量を求めよ。

(3) Rxの抵抗値を6.0Ωから徐々に小さくすると、ある抵抗値でコンデンサーの電気量が0になったという。このときのRxの抵抗値を求めよ。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

「コンデンサーの電気量が0」ということはつまり、「極板間の電位差が0」です。

電位差がゼロということは、そこまでの電位降下が同じになる。と考えられます。

R2での電位降下は8.0Vだから、R1での電位降下も8.0VになればOKです。
つまり、R1では8.0V,Rxでは16Vの電位降下がおこることになります。

電位降下は抵抗値に比例するのでR1:Rx=1:2となれば良いですね。

R1は2.0Ωだから、Rx=4.0Ωとなります。


(1)に戻る→R1,R2に流れる電流


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月11日

高校物理「電気」抵抗3つ、コンデンサー1の回路に流れる電流等A

高校物理「電気」抵抗3つ、コンデンサー1の回路に流れる電流等A

◆問題

下の参考図の回路において、抵抗R1=2.0Ω,R2=4.0Ω,R3=8.0Ω,コンデンサーC=1.0μF,電源V=24Vとする。可変抵抗Rx=6.0Ω,Gで接地され、電源の内部抵抗は無視でき、電流を流し始めてから充分な時間が経過しているものとして次の問いに答えよ。


参考図
┌─R1─┬─Rx─┐
│    │    │
│    C    │
│    │    │
├─R2─┴─R3─┤
│         │
└────V────┤
   ←   ←  G
 (←は電流の向き)


(1) R1,R2に流れる電流の大きさを求めよ。

(2) コンデンサーに蓄えられた電気量を求めよ。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

コンデンサーに蓄えられた電気量Qは、電気容量C,電位差Vを用いて、

Q=CV

で表されます。
電気容量は問題に与えられているので、電位差Vを求めればQがわかります。

というわけで、コンデンサーの上側と下側それぞれの電位を求めていきます。

R1には3.0Aの電流が流れているので、R1での電位降下はV1=3.0×2.0=6.0V
ならば、コンデンサーの上側の電位は24−6=18Vです。

下側も同様に、R2での電位降下は2.0×4.0=8.0V
だから、コンデンサーの下側の電位は24−8=16Vです。

よって、コンデンサーの電位差は18−16=2Vです。

Q=CVにC=1.0μF=1.0×10-6F,V=2を代入すると、

Q=1.0×10-6×2
 =2.0×10-6


次の問題→コンデンサーの電気量が0になるとき


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月10日

高校物理「電気」抵抗3つ、コンデンサー1の回路に流れる電流等@

高校物理「電気」抵抗3つ、コンデンサー1の回路に流れる電流等@

◆問題

下の参考図の回路において、抵抗R1=2.0Ω,R2=4.0Ω,R3=8.0Ω,コンデンサーC=1.0μF,電源V=24Vとする。可変抵抗Rx=6.0Ω,Gで接地され、電源の内部抵抗は無視でき、電流を流し始めてから充分な時間が経過しているものとして次の問いに答えよ。


参考図
┌─R1─┬─Rx─┐
│    │    │
│    C    │
│    │    │
├─R2─┴─R3─┤
│         │
└────V────┤
          G


(1) R1,R2に流れる電流の大きさを求めよ。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

電流を流し始めてから充分に時間が経過しているので、コンデンサーは開いたスイッチと同じものとみなします。
つまり、コンデンサーの部分には電流は流れません。

┌─R1─┬─Rx─┐
│         │
│         │
│         │
├─R2─┴─R3─┤
│         │
└────V────┤
          G

だからこのような回路と同じとみなすことができます。
R1とRx,R2とR3はそれぞれ直列なので、それぞれ合成して、

R1+Rx=2.0+6.0=8.0Ω
R2+R3=4.0+8.0=12Ω

これらそれぞれに24Vの電圧がかかる。と考えられます。
オームの法則より、

=24/8=3.0A
=24/12=2.0A


次の問題→コンデンサーに蓄えられた電気量


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 19:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月03日

高校物理「電気」ダイオードを含む回路に流れる電流等B

高校物理「電気」ダイオードを含む回路に流れる電流等B

◆問題
同じ特性をもつダイオードD1,D2,抵抗R,電池Eを参考図のように接続する。R=500Ω、電池Eの内部抵抗は無視でき、起電力は5.0V、D1に加わる電圧はVDV,電流はIDmAとする。

(1) 抵抗Rを流れる電流をIDを用いて表せ。

(2) 抵抗Rに加わる電圧をVDを用いて表せ。

(3) VDとIDの間に成り立つ関係式を求めよ。


参考図
┌─┬─R─┐
│ │   │
D1 D2  E
│ │   │
└─┴───┘


↓(3)の解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

(1)より抵抗Rに流れる電流は2ID[mA]であることがわかっています。
単位をアンペアに直せば、2ID×10-3[A]となります。

そして(2)よりVR=5.0−VD[V]もわかっています。

抵抗に流れる電流・電圧・抵抗の間には、オームの法則V=RIが成り立つので、それぞれ代入すると、

5.0−VD=500×2ID×10-3

このような式が成り立ちます。
これは少し整理すれば、

5.0−VD=ID

これが求める関係式ですね!


(1)に戻る→抵抗Rを流れる電流


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月02日

高校物理「電気」ダイオードを含む回路に流れる電流等A

高校物理「電気」ダイオードを含む回路に流れる電流等A

◆問題
同じ特性をもつダイオードD1,D2,抵抗R,電池Eを参考図のように接続する。R=500Ω、電池Eの内部抵抗は無視でき、起電力は5.0V、D1に加わる電圧はVDV,電流はIDmAとする。

(1) 抵抗Rを流れる電流をIDを用いて表せ。

(2) 抵抗Rに加わる電圧をVDを用いて表せ。


参考図
┌─┬─R─┐
│ │   │
D1 D2  E
│ │   │
└─┴───┘


↓(2)の解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

キルヒホッフの第2法則によってと考えても良いですし、中学理科の電気回路の性質によってと考えても良いです。
どちらにしても、抵抗Rにかかる電圧とダイオードにかかる電圧の合計が、電源の起電力となります。

問題文より、電源の起電力は5.0V,ダイオードにかかる電圧はVDですね。
求める電圧をVRとすれば、

D+VR=5.0
 VR=5.0−VD[V]


次の問題→DとIDの関係式


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2024年01月01日

高校物理「電気」ダイオードを含む回路に流れる電流等@

高校物理「電気」ダイオードを含む回路に流れる電流等@

◆問題
同じ特性をもつダイオードD1,D2,抵抗R,電池Eを参考図のように接続する。R=500Ω、電池Eの内部抵抗は無視でき、起電力は5.0V、D1に加わる電圧はVDV,電流はIDmAとする。

(1) 抵抗Rを流れる電流をIDを用いて表せ。


参考図
┌─┬─R─┐
│ │   │
D1 D2  E
│ │   │
└─┴───┘


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

参考図を見ると、抵抗Rを流れる電流が二手に分かれてD1とD2に流れ込むことがわかります。
2つのダイオードは「同じ特性をもつ」とあるので、ちょうど半分ずつに電流が分かれることになります。

D1にはIDの電流が流れるので、D2にも同じくIDの電流が流れます。

ならば、Rにはこれらの合計すなわちID×2=2ID[mA]の電流が流れることになりますね。


次の問題→抵抗Rに加わる電圧


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月28日

高校物理「電気」自由電子の速さ等C

高校物理「電気」自由電子の速さ等C

◆問題
長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

(1) 導線の両端の電位差Vはいくらか。

(2) 導線内の電場の強さEはいくらか。

(3) 導線内の自由電子が、電場から受ける力の大きさFはいくらか。

(4) 導線内の自由電子の平均の速さvはいくらか。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

導線を流れる電流I,電子の電気量e,電子数n,電子の速さv,導線の断面積Sの間には

I=envS

という式が成り立ちます。
ここまで求めた値と問題文の値を代入すると、

3.6=1.6×10-19×9.0×1028×v×5.0×10-7

このようになりますね。
これをvについて解きます。

v=3.6/(1.6×10-19×9.0×1028×5.0×10-7)
 =5.0×10-4[m・s]


この問題の最初に戻る→導線の両端の電位差V


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月27日

高校物理「電気」自由電子の速さ等B

高校物理「電気」自由電子の速さ等B

◆問題
長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

(1) 導線の両端の電位差Vはいくらか。

(2) 導線内の電場の強さEはいくらか。

(3) 導線内の自由電子が、電場から受ける力の大きさFはいくらか。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

力Fと電気量q,電場の強さEの間には、

F=qE

の関係があります。

(2)で求めたようにE=0.20,qは問題文にあるように1.6×10-19です。
これらを代入して、

F=1.6×10-19×0.20
 =3.2×10-20[N]


次の問題→自由電子の平均の速さ


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月26日

高校物理「電気」自由電子の速さ等A

高校物理「電気」自由電子の速さ等A

◆問題
長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

(1) 導線の両端の電位差Vはいくらか。

(2) 導線内の電場の強さEはいくらか。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

電圧V,電場の強さE,距離dの間には、

V=Ed

の関係があります。
(1)で求めたV=1.8,問題文で与えられた長さd=9.0を代入すると、

1.8=E×9.0
  E=1.8/9
   =0.20[V/m]


次の問題→自由電子が受ける力


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月25日

高校物理「電気」自由電子の速さ等@

高校物理「電気」自由電子の速さ等@

◆問題
長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

(1) 導線の両端の電位差Vはいくらか。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

長さ9.0m、断面積5.0×10-72、抵抗0.50Ωの導線に、3.6Aの電流が流れている。電子の電気量を−1.6×10-16C、導線1m3あたりの自由電子の数を9.0×1028個として次の問いに答えよ。

求める電位差は導線にかかる電圧と考えることができます。

電流・電圧・抵抗の関係はいわゆるオームの法則V=RIで表されます。
問題の設定より、R=0.50,I=3.6を代入して、

V=0.50×3.6
 =1.8[V]


次の問題→電場の強さ


◆関連項目
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月24日

高校物理「電気」球面上の電気力線と電場

高校物理「電気」球面上の電気力線と電場

◆問題
半径Rの薄い球殻に、単位面積あたり+δ[C]の電荷が一様に分布している。球の中心Oからr[m](r>R)離れた点の電場の強さを求めよ。ただし、クーロンの法則の比例定数をk[N・m2/C2]とする。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

半径Rの薄い球殻に、単位面積あたり+δ[C]の電荷が一様に分布している。球の中心Oからr[m](r>R)離れた点の電場の強さを求めよ。ただし、クーロンの法則の比例定数をk[N・m2/C2]とする。

まずは、半径rの球の球面の面積は、4πr2ですね。
この球面上での電場の強さをEとすると、電気力線の本数は4πr2E本となります。

半径Rの球殻の表面の面積はもちろん、4πR2です。
単位面積あたりの電荷はδだから、球殻がもつ電荷は、4πR2δCとなります。
ということは、球殻の表面上の電気力線の本数は4πk×4πR2δ本です。

これらの電気力線の本数は一致するので、イコールで結ぶことができます。

4πr2E=4πk×4πR2δ

これをEについて解けば

E=4πkδR2/r2[V/m]


◆関連項目
導線の周りの電気力線と電場
球面上の電気力線
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月23日

高校物理「電気」平面から出る電気力線と電場

高校物理「電気」平面から出る電気力線と電場

◆問題
無限に広い平面に、単位面積あたり+δ[C]の電荷が一様に分布している。この平面からr[m]離れた点の電場の強さを求めよ。ただし、クーロンの法則の比例定数をk[N・m2/C2]とする。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

無限に広い平面に、単位面積あたり+δ[C]の電荷が一様に分布している。この平面からr[m]離れた点の電場の強さを求めよ。ただし、クーロンの法則の比例定数をk[N・m2/C2]とする。

この平面から出る電気力線は、平面上の1m2の円を考えて、その円から上下に伸びる円柱を考えます。
求める電場の強さをEとすると、この円柱の断面を貫く電気力線は2E本となります。

この平面には均等にδの電荷が分布しているので、この平面1m2から出る電気力線の本数は4πkδ本となります。

2Eと4πkδは、どちらもこの平面1m2あたりの電気力線の本数を表しているので、等しいはずです。
つまり、

2E=4πkδ
 E=2πkδ[V/m]


◆関連項目
導線の周りの電気力線と電場
球面上の電気力線
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 06:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月22日

高校物理「電気」導線の周りの電気力線と電場

高校物理「電気」導線の周りの電気力線と電場

◆問題
無限に長い導線に、単位長あたり+ρ[C]の電荷が一様に分布している。導線からr[m]離れた点の電場の強さを求めよ。ただし、クーロンの法則の比例定数をk[N・m2/C2]とする。


↓解答解説はお知らせの下↓


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

無限に長い導線に、単位長あたり+ρ[C]の電荷が一様に分布している。導線からr[m]離れた点の電場の強さを求めよ。ただし、クーロンの法則の比例定数をk[N・m2/C2]とする。

導線から出る電気力線は、導線を中心とする高さ1m,半径rmの円柱を考えればよいです。
導線からr[m]の距離の電場の強さをE[V/m]とすると、円柱の側面を貫く電気力線は、

2πr×1×E=2πrE[本]

となります。

導線には+ρ[C]の電荷が一様に分布しているので、電気力線の本数は4πkρ[本]となります。

これらが等しいので、

2πrE=4πkρ
  E=4πkρ/2πr
   =2kp/r[V/m]


◆関連項目
平面から出る電気力線の本数と電場
球面上の電気力線
電気・磁気まとめ

江間淳の書籍はこちら
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 06:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月11日

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問5 台車が斜面を下るとき

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問5 台車が斜面を下るとき

◆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はこちら


 Aさんは次に図4のようにコイルを三つに増やして実験をした。ただし、コイルの巻数は全て等しく、コイルは等間隔に設置されている。また、台車に取りつけた磁石は1個である。



実験結果は図5のようになった。



問4はこちら


問5 Aさんが図7のように実験装置を傾けて板の上に台車を静かに置くと、台車は板を外れることなくすべり降りた。



 このとき、オシロスコープで測定される電圧の時間変化を表すグラフの概形として適当なものを、次ページの@〜Dのうちから一つ選べ。[ 21 ]




問5の解答はこのページ下に掲載します。


=================== お知らせ ======================

★★★★★★★「AE個別学習室(えまじゅく)」生徒募集!★★★★★★★
★                                ★
★     茨城県水戸市、常陸太田市の個別指導教室        ★
★ 「AE個別学習室(えまじゅく)」では、生徒募集をしています。  ★
★ 対象は小学生・中学生・高校生・浪人生。社会人も歓迎します!  ★
★ オンライン授業も好評です!全国の生徒さんに対応可能です。   ★
★                                ★
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

 えまじゅくでは、経験豊富なプロ講師のマンツーマン授業が受けられます。
 授業料が最大で40%引きになる、3人までの同時指導も好評です!
 オンラインでも複数人同時指導対応しています。
 今年も何人もの生徒さんが、第一志望(以上)の結果を出してくれました。

 興味をお持ちの方は、まずは mm@a-ema.com までお問い合わせください。

 家庭教師・塾のサイトと連絡先はここ → http://www.a-ema.com/

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

◆解答

最後は、台車が斜面を下る場合です。
斜面を下るときは、等加速度運動をすると考えられますね。
つまり、速さが一定の割合で増加していくはずです。

速さが増加していけば、コイルから次のコイルに到達するまでの時間が短くなります。
そして、磁場の変化が多くなるのだから、電圧が(その結果電流も)大きくなります。

ということは、波と波の間隔が短くなっていき、波の大きさが多くなっている選択肢を探せばよい。ですね!

そんな選択肢は・・・4番です!


この問題は、公式を暗記していなくても、論理的な考察ができれば正解できるものばかりでした。
「電気?オシロスコープ?しかも力学台車?そんなの無理!」などと簡単に諦めてしまわず、まずはしっかり読む。と心がけて取り組んでいきましょう!


問1に戻る→台車の速さ


◆関連項目
等加速度運動電気・磁気まとめ
2022年第2問


−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月10日

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問4 コイル3つのとき

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問4 コイル3つのとき

◆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はこちら


 Aさんは次に図4のようにコイルを三つに増やして実験をした。ただし、コイルの巻数は全て等しく、コイルは等間隔に設置されている。また、台車に取りつけた磁石は1個である。



実験結果は図5のようになった。



問4 BさんがAさんと同じような装置を作り、三つのコイルを用いて実験したところ、図6のように、Aさんの図5と違う結果になった。



 Bさんの実験装置はAさんの実験装置とどのように違っていたか。最も適当なものを、次の@〜D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違いはなかったものとする。[ 20 ]

@コイル1の巻数が半分であった。
Aコイル2,コイル3の巻数が半分であった。
Bコイル1の巻き方が逆であった。
Cコイル2,コイル3の巻き方が逆であった。
Dオシロスコープのプラスマイナスのつなぎ方が逆であった。


問4の解答はこのページ下に掲載します。


=================== お知らせ ======================

★★★★★★★「AE個別学習室(えまじゅく)」生徒募集!★★★★★★★
★                                ★
★     茨城県水戸市、常陸太田市の個別指導教室        ★
★ 「AE個別学習室(えまじゅく)」では、生徒募集をしています。  ★
★ 対象は小学生・中学生・高校生・浪人生。社会人も歓迎します!  ★
★ オンライン授業も好評です!全国の生徒さんに対応可能です。   ★
★                                ★
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

 えまじゅくでは、経験豊富なプロ講師のマンツーマン授業が受けられます。
 授業料が最大で40%引きになる、3人までの同時指導も好評です!
 オンラインでも複数人同時指導対応しています。
 今年も何人もの生徒さんが、第一志望(以上)の結果を出してくれました。

 興味をお持ちの方は、まずは mm@a-ema.com までお問い合わせください。

 家庭教師・塾のサイトと連絡先はここ → http://www.a-ema.com/

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

◆解答

今度はコイルを3つにした場合ですね。
等間隔で設置されていて、台車の速さも一定なので、図5の電圧のグラフの波形は、前の図の山と谷が1つ追加されただけの形となっています。

そして図6では、最初の波だけ向きが逆になっています。
つまり、コイル1での電圧の増加・減少の仕方がちょうど逆というわけです。

これはどうしてかといえば・・・

Bコイル1の巻き方が逆であった。

からですね。


次の問題→板が傾いているとき


◆関連項目
電気・磁気まとめ
2022年第2問


−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月09日

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問3 電圧が大きくなったとき

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問3 電圧が大きくなったとき

◆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@〜D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 ]

@台車の速さを√2倍にした。
A台車の速さを2倍にした。
B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。
C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。
D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。


=================== お知らせ ======================

★★★★★★★「AE個別学習室(えまじゅく)」生徒募集!★★★★★★★
★                                ★
★     茨城県水戸市、常陸太田市の個別指導教室        ★
★ 「AE個別学習室(えまじゅく)」では、生徒募集をしています。  ★
★ 対象は小学生・中学生・高校生・浪人生。社会人も歓迎します!  ★
★ オンライン授業も好評です!全国の生徒さんに対応可能です。   ★
★                                ★
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

 えまじゅくでは、経験豊富なプロ講師のマンツーマン授業が受けられます。
 授業料が最大で40%引きになる、3人までの同時指導も好評です!
 オンラインでも複数人同時指導対応しています。
 今年も何人もの生徒さんが、第一志望(以上)の結果を出してくれました。

 興味をお持ちの方は、まずは mm@a-ema.com までお問い合わせください。

 家庭教師・塾のサイトと連絡先はここ → http://www.a-ema.com/

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

◆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、

D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


−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 23:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月03日

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問2 この実験についての説明

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問2 この実験についての説明

◆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 この実験に関して述べた次の文章中の空欄[ 16 ]〜[ 18 ]に入れる語句として最も適当なものを、それぞれの直後の{ }で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。

 コイルに電磁誘導による電流が流れると、その電流による磁場は、台車の速さを[ 16 ]{@大きく A小さく B台車が近づくときは大きく、遠ざかるときは小さく C台車が近づくときは小さく、遠ざかるときは大きく}する力を及ぼす。しかし、実際の実験ではこの力は小さいので、台車の運動はほぼ等速直線運動とみなして良かった。力が小さい理由は、オシロスコープの内部抵抗が[ 17 ]{@小さいので、コイルを流れる電流が小さい A小さいので、コイルを流れる電流が大きい B大きいので、コイルを流れる電流が小さい C大きいので、コイルを流れる伝理由が大きい}からである。
 空気抵抗も台車の加速度に影響を与えると考えられるが、この実験では台車が遅く、さらに台車の質量が[ 18 ]{@大きい A無視できる}ので、空気抵抗の影響は小さい。



問2の解答はこのページ下に掲載します。


=================== お知らせ ======================

★★★★★★★「AE個別学習室(えまじゅく)」生徒募集!★★★★★★★
★                                ★
★     茨城県水戸市、常陸太田市の個別指導教室        ★
★ 「AE個別学習室(えまじゅく)」では、生徒募集をしています。  ★
★ 対象は小学生・中学生・高校生・浪人生。社会人も歓迎します!  ★
★ オンライン授業も好評です!全国の生徒さんに対応可能です。   ★
★                                ★
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

 えまじゅくでは、経験豊富なプロ講師のマンツーマン授業が受けられます。
 授業料が最大で40%引きになる、3人までの同時指導も好評です!
 オンラインでも複数人同時指導対応しています。
 今年も何人もの生徒さんが、第一志望(以上)の結果を出してくれました。

 興味をお持ちの方は、まずは mm@a-ema.com までお問い合わせください。

 家庭教師・塾のサイトと連絡先はここ → http://www.a-ema.com/

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

◆解答

コイルが2つ設置されていて、その中を台車が通過していくという設定です。
台車には磁石が取りつけられていて、台車が通過していくのに伴って、コイルには誘導電流が流れます。
誘導電流の流れ方を調べると、台車の速さもわかる。というわけですね。


 コイルに電磁誘導による電流が流れると、その電流による磁場は、台車の速さを[ 16 ]{@大きく A小さく B台車が近づくときは大きく、遠ざかるときは小さく C台車が近づくときは小さく、遠ざかるときは大きく}する力を及ぼす。

「電磁誘導は周囲の磁場の変化を打ち消すようにおこる」と理解することができます。
だから、台車が近づいてくるときは押し返す方向に磁場が生じ、遠ざかるときは引き寄せる方向に磁場が生じます。
つまり、台車の速さを常に「A小さく」する力を及ぼす。と判断できます。


しかし、実際の実験ではこの力は小さいので、台車の運動はほぼ等速直線運動とみなして良かった。力が小さい理由は、オシロスコープの内部抵抗が[ 17 ]{@小さいので、コイルを流れる電流が小さい A小さいので、コイルを流れる電流が大きい B大きいので、コイルを流れる電流が小さい C大きいので、コイルを流れる伝理由が大きい}からである。

磁場が強ければ台車の受ける力も大きくなります。
電流が大きければ磁場も強くなり、電流が小さければ磁場も小さくなります。
抵抗が大きければ電流は小さくなるので、Bが正しいとわかると思います。


 空気抵抗も台車の加速度に影響を与えると考えられるが、この実験では台車が遅く、さらに台車の質量が[ 18 ]{@大きい A無視できる}ので、空気抵抗の影響は小さい。

台車の質量が仮にものすごく小さければ、ちょっとの風で飛んでいったりしてしまいますね。
普通の台車は充分に「@質量が大きい」から、空気抵抗を受けても、ほぼ減速せずに等速直線運動を続けることができる。というわけです。


次の問題→電圧が大きくなった場合


◆関連項目
電気・磁気まとめ
2022年第2問


−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2023年12月01日

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問1 台車の速さ

高校物理「電気・磁気」2022年共通テスト第3問より。問1 台車の速さ

◆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 このコイルとオシロスコープの組合せを、スピードメーターとして使うことができる。この台車の運動を等速直線運動と仮定したとき、図2から読み取れる台車の速さを、有効数字1桁で求めるとどうなるか。次の式中の空欄[ 14 ]・[ 15 ]に入れる数字として最も適当なものを、次の@〜⓪のうちから一つずつ選べ。ただし、同じものを繰り返し選んでもよい。
[ 14 ]×10-[15]m/s

@1  A2  B3  C4  D5
E6  F7  G8  H9  ⓪0


解答はこのページ下に掲載します。


=================== お知らせ ======================

★★★★★★★「AE個別学習室(えまじゅく)」生徒募集!★★★★★★★
★                                ★
★     茨城県水戸市、常陸太田市の個別指導教室        ★
★ 「AE個別学習室(えまじゅく)」では、生徒募集をしています。  ★
★ 対象は小学生・中学生・高校生・浪人生。社会人も歓迎します!  ★
★ オンライン授業も好評です!全国の生徒さんに対応可能です。   ★
★                                ★
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

 えまじゅくでは、経験豊富なプロ講師のマンツーマン授業が受けられます。
 授業料が最大で40%引きになる、3人までの同時指導も好評です!
 オンラインでも複数人同時指導対応しています。
 今年も何人もの生徒さんが、第一志望(以上)の結果を出してくれました。

 興味をお持ちの方は、まずは mm@a-ema.com までお問い合わせください。

 家庭教師・塾のサイトと連絡先はここ → http://www.a-ema.com/

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

◆解答

コイルが2つ設置されていて、その中を台車が通過していくという設定です。
台車には磁石が取りつけられていて、台車が通過していくのに伴って、コイルには誘導電流が流れます。
誘導電流の流れ方を調べると、台車の速さもわかる。というわけですね。

2つのコイルの間隔は0.20mで、電流の変化から、台車はこれら2つのコイルの間を0.4秒で通過したことが読み取れます。

まずは速さvを聞いているので、普通に「みはじ」で「道のり÷時間」をやれば、

v=0.2÷0.4=0.5

解答の形式に合わせると、5×10-1m/sですね。


次の問題→この実験に関する説明


◆関連項目
電気・磁気まとめ
2022年第2問


−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
 20年以上の実績。全学年、英・数・理をはじめ全教科対応
  最高級の指導を提供します!メール添削も好評です!

プロ家庭教師の江間です。    AE個別学習室(えまじゅく)
http://www.a-ema.com/k/     http://www.a-ema.com/j/
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
posted by えま at 21:00| Comment(0) | TrackBack(0) | 高校物理 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
こんなヤツです
名前:江間淳
年齢:41
職業:プロ家庭教師、AE個別学習室(えまじゅく)代表、翻訳者
ウェブサイトURL:http://www.a-ema.com/
メールアドレス:j@a-ema.com
一言:アプリ、メルマガ、電子書籍提供中です。アマゾンやGooglePlayで「江間淳」で検索!
江間淳の書籍一覧 → http://amzn.to/2m9LTvN