磁界の中に電流を流す問題を演習します。ここは出題パターンをマスターすることですんなりと解けるようになります。
電流が磁界から受ける力の確認問題
- 磁界の中に電流を流すと、電流は磁界から何を受けるか。
- 電流が磁界から受ける力は、電流と磁界の向きに対してどのような向きであるか。
- 電流が磁界から受ける力を大きくする方法を2つ答えよ。
- 電流が磁界から受ける力の向きを逆にする方法を2つ答えよ。
- 電流が磁界から受ける力を利用した装置で、電気エネルギーを運動エネルギーに変える装置を何というか。
解答
- 力
- 垂直な向き
- 流れる電流の大きさを大きくする。
磁石の磁界を強くする（磁石を強力な磁力のものに変える）。 - U字型磁石の極を逆にする。
電流の向きを逆にする。 - モーター（電動機）
【練習問題】電流が磁界から受ける力
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
（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。
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