【定期テスト対策問題】電流が磁界から受ける力の問題

【定期テスト対策問題】電流が磁界から受ける力の問題です。

【対策問題】電流が磁界から受ける力の問題

図1のような装置を用いて、銅線を流れる電流が磁界の中で受ける力を調べる実験を行った。図2は、図1でスイッチを入れたときのU字形磁石と銅線の部分を拡大したものである。次の各問の答を、解答欄に記入せよ。ただし、電熱線以外の抵抗は考えないものとし、電源装置の電圧の大きさは一定とする。

（1）図2で、U字形磁石の磁界の向きと、銅線を流れる電流がつくる磁界の向きの正しい組み合わせを、次の1～4から1つ選び、番号で答えよ。
1　ａとｃ　　2　ａとｄ　　3　ｂとｃ　　4　ｂとｄ

（2）図1で、電熱線Ａ(10Ω)に3Vの電圧がかかっているとき、電流計は何mAを示しているか。

（3）図1で、電流の向きとU字形磁石の極の位置を両方とも逆にしてスイッチを入れると、銅線の動く向きは、図2と比べてどうなるか。簡潔に書け。

（4）図1の状態で、電熱線Ａ(10Ω)と電熱線Ｂ(20Ω)のつなぎ方だけをいろいろと変えてスイッチを入れると、銅線の動く大きさに違いがあった。次の1～4のうち、銅線が最も大きく動いたものを1つ選び、番号で答えよ。
1　電熱線Ａだけをつなぐ。　　2　電熱線Ａと電熱線Ｂを直列につなぐ。
3　電熱線Ｂだけをつなぐ。　　4　電熱線Ａと電熱線Ｂを並列につなぐ。

【解答・解説】電流が磁界から受ける力の解答

（1）１

磁石の磁界の向きはN極からS極になります。したがって、図２のU字型磁石の磁界の向きはａになります。また、導線を流れる電流のまわりにも同心円状の磁界ができます。電流の進む向きに対して右回り（時計回り）になります。したがって、図２の電流のまわりの磁界はｃになります。

（2）300mA

電圧が３V、抵抗が10Ωなので、流れる電流は３V÷10Ω＝0.3Aになります。１A＝1000ｍAなので、0.3A=300mAとなります。

（3）変わらない。

電流の向きを逆にすると、電流のまわりの磁界も逆向きになるので、力は逆向きにはたらきます。磁石の極を逆にしても、磁石の磁界の向きが逆になるので、力は逆向きにはたらきます。電流の向きと磁石の極を両方逆にすると、逆の逆で元と同じ方向に力を受けることになります。

（4）４

抵抗を直列に接続した場合は、全体の抵抗は各抵抗の和となり、抵抗が大きくなります。並列に接続した場合は、全体の抵抗は各抵抗よりも小さくなり、回路に大きな電流が流れます。したがって、並列に接続した４が答えになります。