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【問題演習】電磁気21~30|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21】電球と直流回路

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

電球が登場したときは、「電球を流れる電流を \(I\) 」「電球の電圧を \(V\) 」と最優先で設定しましょう。

今回の問題のように抵抗がある場合は、電球を流れる電流 \(I\) を基準に、どんな電流が流れているか考えます。

電球の部分とは違う電流が流れているのであれば、\(I_1\) のように文字の区別をつけて設定しましょう。

電流の設定が終わったら、通常の直流回路と同じように、キルヒホッフの第二法則の式を作ります。

そのあと特性曲線に重ねて書き交点を調べれば、電球部分の電流と電圧が発覚します!

 

 

【電磁気22】ホイートストンブリッジ回路

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

  • \(R_1:R_2=R_3:X\)
  • \(R_1:R_3=R_2:X\)
  • \(R_1×X=R_2×R_3\)

どの形でも、覚えやすいものを覚えましょう。結果はすべて同じです。

ホイートストンブリッジ回路は、中心部分に電流が流れていないというのが大切です。

今回の問題でのBD間に電位差があると、ホイートストンブリッジ回路にはなりません。

そのときは、通常の直流回路の解法通り、キルヒホッフの第二法則の式を作りましょう!

 

【電磁気23】電流が磁界から受ける力の合成

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

磁界は向きを含むベクトルです。

直線電流が作る磁界を足すときは、数学で学んだベクトルの足し算に従って計算しましょう!

また、電流が磁界から受ける力 \(lIB\) の向きは、フレミングの左手の法則・右ねじの法則のどちらを利用しても構いません

右ねじの法則で向きを決定する方法は、こちらの動画を参考にしてみてください。

 

 

【電磁気24】コイルの受ける力

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

コイル全体に働く力を求めるためには、まず1本ずつの導線に分けて考えます

電流が磁界から受ける力 \(lIB\) を利用して、各導線に働く力を求めましょう。

今回の問題では、上下の導線に働く力は逆向きで同じ大きさなので、最終的に足すと打ち消し合います

よって左右の導線に働く力を足せば、コイル全体に働く力の完成です。

 

【電磁気25】荷電粒子の運動

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

荷電粒子に働くローレンツ力は、フレミングの左手の法則・右ねじの法則のどちらを利用しても構いません。

今回の問題では、速度 \(v\) の \(z\) 成分は磁界と平行になっています。

つまりローレンツ力には関係ない速度です。

斜めの速度の場合は、まず軸ごとに分解してみて、ローレンツ力に関係ある速度がどれなのか見極めましょう。

 

 

【電磁気26】荷電粒子の円運動とイオンの質量

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

円運動の軌道から、どの向きに力が働けばいいのか判定します。

磁場の中で電荷が力を受けるので、ローレンツ力が働くことは確定です。

フレミングの左手の法則or右ねじの法則を使って探すのですが、まずは正の電荷と仮定してチェックしましょう

向きが真逆になった場合は「結局負の電荷だったのか!」と結論付ければOKです。

 

【電磁気27】電磁誘導定番問題

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今回の問題

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今回のポイント

「導線が受ける力」=「導線を流れる電流が受ける力」なので、電流が磁界から受ける力を求めましょう!

  1. 導線の誘導起電力を求める
  2. 直流回路問題として、電流の大きさを求める
  3. 電流が磁界から受ける力を求める

この3ステップで進めてきます。

 

 

【電磁気28】コイルの自己誘導起電力

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

コイルの自己誘導起電力の大きさは「1秒間で磁束の変化した量」を求めればOKです。

言葉で覚えておくのがおすすめですが、文字を使った公式も合わせて覚えておきましょう!

\(\displaystyle |V|=|-\frac{ΔΦ}{Δt}|\)

大きさだけでなく向きも調べたいときは、絶対値を取り除いてあげましょう

 

【電磁気29】うず電流

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

銅板を一枚の板として捉えるよりも、コイルのような輪がたくさん重なってると捉えたほうが考えやすいです。

電流の流れる向きは、コイルの性質と同じで磁界の変化を元に戻す向きに右ねじで求めましょう!

 

 

【電磁気30】相互誘導と銅環の動き

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

コイルの性質は必ず覚えておきましょう!

コイルを貫く磁束が変化したら、元の状態に戻ろうとしてコイル自身が磁束を作る

磁束の向きを見て銅環がどの向きに動くか判断できない場合は、今回の解説のように磁石に変換すると簡単です

やりやすい方で判断しましょう!

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