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【問題演習】電磁気01~10|物理基礎・高校物理編

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    【引用】https://makoto-physics-school.com
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【電磁気01】電気の性質と帯電列

今回必要な事前知識

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今回の問題

 

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今回のポイント

教科書では帯電列の具体例がたくさん書かれていますが、すべてを覚えておくのは難しいです。

なので次のように覚えておきましょう。

  • プラスに帯電しやすいもの…生物的なもの
  • マイナスに帯電しやすいもの…化学合成品のようなもの

頻出のティッシュや絹は、原材料が生物的なものなのでプラスに帯電しやすいです。

「これはどっちかな?」と思うものに出会ったら、原材料がなにでできているかを調べてみましょう!

 

 

【電磁気02】合成抵抗値の求め方

今回必要な事前知識

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今回の問題

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今回のポイント

抵抗値とは電気の通りにくさを表す数値です。

抵抗が直列につながっているとき、電気からすれば通りにくさがアップしていることになります。

なので2つの抵抗値を足してあげればOKです。

抵抗が並列につながっているとき、電気からすれば2つの道を選べるので、通りにくさがダウンします。

そのときは直列のように数値を足すのではなく、すべて逆数にして足してあげましょう

【直列】\(R’=R_1+R_2\)

【並列】\(\frac{1}{R’}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\)

 

【電磁気03】電流計と電圧計の接続

今回必要な事前知識

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今回の問題

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今回のポイント

電流計は流れを計るための装置なので、回路の途中部分に直列でつなぎます

電圧計は電位の差を計るための装置なので、調べたい2ヶ所につなぐ、つまり並列に接続します

電流と電位のイメージが大切になるので、まずはイメージを確認しておきましょう!

 

 

【電磁気04】電球を含む直流回路

今回必要な事前知識

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今回の問題

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今回のポイント

電球は抵抗値が一定の値にならないという特徴を持っています。

そのため問題では特性曲線というものが用意されます。

特性曲線を使うと、電流が〇〇[A]のときに電圧が〇〇[V]になるというのを調べることが可能です。

抵抗値を聞かれたときは、電流・電圧の値を使って \(V=RI\) から計算で求めましょう!

 

【電磁気05】抵抗値の大小比較

今回必要な事前知識

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今回の問題

 

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今回のポイント

\(R_a\) と \(R_b\) ・ \(R_b\) と \(R_c\) で大小関係を比較して、最後に \(R_a , R_b , R_c\) で並び変えるのもOKです。

今回の問題では、抵抗率\(ρ\)・断面積\(S\)・長さ\(l\) がすべてわかっているので、実際に値を求めました。

数値計算がカンタンそうなときは、実際に計算してしまいましょう!

 

 

【電磁気06】変圧器

今回必要な事前知識

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今回の問題

 

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今回のポイント

変圧器問題では、電圧と巻き数の比を表す公式をかならず覚えておきましょう!

\(V_1:V_2=N_1:N_2\)

公式の成り立ちを理解するためには、相互誘導の知識が必要になります。

物理基礎の範囲内であれば、まず公式を覚えて、問題の質問に答えられるようにすることを目指しましょう!

 

【電磁気07】発電所と送電線

今回必要な事前知識

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今回の問題

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今回のポイント

抵抗での消費電力 \(P\) は3種類の表し方があります。

  1. \(P=VI\)
  2. \(P=RI^2\)
  3. \(P=\frac{V^2}{R}\)

イの質問で迷う人が続出します。

どの式を使って答えればよいのかは、回路図をイメージできれば簡単に解決します

解説で利用した回路図を自力で書けるようにしておきましょう!

 

 

【電磁気08】箔検電器

今回必要な事前知識

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今回の問題

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今回のポイント

箔検電器では、上から順番に正負どちらの電気が帯電しているか考えましょう。

  • 異符号の電気は引き寄せられる
  • 同符号の電気は遠ざかっていく

この2点を意識しながら帯電のようすを作図していきましょう。

 

【電磁気09】静電気力の合成

今回必要な事前知識

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今回の問題

 

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今回のポイント

2つの静電気力を足し算するときは、ベクトルの足し算をします。

大きさをそのまま足さないように注意しましょう!

ベクトルの足し算をするときは、つぎの手順で進めるとシンプルです。

  1. 2つのベクトルを使って平行四辺形を書く
  2. 対角線を使って新しいベクトルを書く
  3. ②のベクトルの長さを図形問題として考える

静電気力の大きさを知りたいときは、ベクトルの長さを調べればOKです。

ベクトルの基本性質が大切になるので、ベクトルが苦手なまま放置しないようにしましょう!

 

 

【電磁気10】電界(電場)の合成

今回必要な事前知識

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今回の問題

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今回のポイント

\(\displaystyle E=k\frac{q}{r^2}\)
  • 電気量 \(q\) が大きければ、電界 \(E\) は大きい
  • 電荷からの距離 \(r\) が大きければ、電界 \(E\) は小さい

この2点に注目すれば、電界の大きさが等しくなる場所を探すことができます。

今回の解説のように、まずは合成電界が0になる可能性がある場所に目星をつけることも重要です。

 

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