電流と電圧の問題

U字形磁石の N 極と S 極のあいだにコイルの下側の部分が入るように、コイルを糸でつるした。コイルの真下には、コイルが動く向きにそって物差しを水平に置いた。電流が流れていないとき、コイルの下端は物差しの $10.0\text{cm}$ の目盛りの真上にあった。

実験 1：電圧 $6.0\text{V}$ の電源、抵抗の大きさが $20\Omega$ の抵抗器、電流計、コイルを直列につないで電流を流した。すると、コイルは物差しの目盛りが大きくなる向きに動き、コイルの下端は $11.5\text{cm}$ の目盛りの真上で静止した。

実験 2：実験 1 の $20\Omega$ の抵抗器のかわりに、$20\Omega$ の抵抗器と $30\Omega$ の抵抗器を並列につないだものを入れた。さらに、電源の $+$ 極と $-$ 極につなぐ導線を入れかえて、コイルに流れる電流の向きを実験 1 と逆にした。U字形磁石の向きと位置は実験 1 と同じにした。

コイルが動いた距離はコイルに流れる電流の大きさに比例するものとし、コイル・導線・電流計の抵抗は無視できるものとする。実験 2 で、コイルの下端は物差しの何 cm の目盛りの真上で静止しますか。

U 字形磁石を、N 極と S 極が水平方向に向かい合うようにして電子てんびんの上に置いた。N 極と S 極の間に、まっすぐな導線を水平に通し、磁石にふれないようにスタンドで固定した。この導線、抵抗器、スイッチ、電源装置を直列につないで回路をつくり、次の実験を行った。

【実験 1】抵抗器として抵抗の大きさが $12\Omega$ の抵抗器を 1 個使い、電源装置の電圧を $6.0\text{V}$ にした。スイッチを入れる前、電子てんびんは $300.0\text{g}$ を示していた。スイッチを入れて電流を流すと、電子てんびんの示す値は $302.0\text{g}$ になった。

【実験 2】実験 1 の抵抗器を、抵抗の大きさが $12\Omega$ の抵抗器 2 個を並列につないだものにとりかえた。さらに、電源装置の $+$ 極と $-$ 極につないでいた導線を入れかえて、導線に流れる電流の向きを実験 1 と逆にした。電源装置の電圧を $4.5\text{V}$ にしてスイッチを入れた。

実験 2 でスイッチを入れたとき、電子てんびんは何 g を示しますか。ただし、導線やスイッチの抵抗は考えないものとする。また、導線が磁界から受ける力の大きさは導線に流れる電流の大きさに比例し、磁石の位置や導線の位置は実験 1 と実験 2 で変わらないものとする。

U 字形磁石の磁界の中にコイルをつるし、コイル、抵抗が $10\Omega$ の電熱線、電源装置を直列につなぎました。電源装置の電圧を $3\mathrm{V}$ にして電流を流すと、コイルは電流を流す前の位置から東向きに $2\mathrm{cm}$ 動いて止まりました。

次に、電流を止めてコイルをもとの位置にもどし、磁石とコイルの位置はそのままで、電源装置の $+$ 極と $-$ 極のつなぎ方を逆にして、電源装置の電圧を $6\mathrm{V}$ にして電流を流しました。このとき、電流を流す前の位置から止まった位置までの、コイルの位置の変化は何 cm ですか。東向きを正、西向きを負として、符号をつけて答えなさい。

ただし、コイルと導線の抵抗は考えないものとし、コイルの位置の変化の大きさはコイルに流れる電流の大きさに比例するものとします。

抵抗の大きさが $20\Omega$ の電熱線 A と $30\Omega$ の電熱線 B を並列につなぎ、この並列部分に抵抗の大きさが $8\Omega$ の電熱線 C を直列につないで、電圧のわからない電源につないだ。電流計を電熱線 A と直列につなぎ、電熱線 A だけに流れる電流をはかれるようにした。回路に電流を流したところ、電流計は $0.30\text{A}$ を示した。電源の電圧は何 V ですか。ただし、電流計と導線の抵抗は考えないものとする。

抵抗の大きさが $20\Omega$ の電熱線 A と、$30\Omega$ の電熱線 B を並列につなぎ、電源装置につないだ。電源装置の電圧を調節したところ、電熱線 A を流れる電流は $0.30\text{A}$ であった。導線や電源装置の抵抗は考えないものとする。

このとき、電源装置から流れ出る電流は何 A ですか。