物理分野の用語と知識の問題
コイルに検流計をつなぎ、棒磁石をコイルの真上で上下に動かして、検流計の針の振れ方を調べた。コイル・検流計・導線のつなぎ方は、すべての実験で変えていない。結果は次の表のようになった。
| 実験 | 操作 | 検流計の針の振れ方 |
|---|---|---|
| 1 | N極を下に向けて、上からコイルの中へゆっくり近づけた | 右に小さく振れた |
| 2 | N極を下に向けて、上からコイルの中へすばやく近づけた | 右に大きく振れた |
| 3 | N極を下に向けて、コイルの中に入れたまま静止させた | 振れなかった |
| 4 | S極を下に向けて、コイルの中から上へ、実験1と同じくらいの速さでゆっくり遠ざけた | ？ |
実験4の結果として最も適当なものを、次のア〜オから1つ選べ。
- ア 左に、実験1と同じくらいの振れ幅で振れる
- イ 左に、実験2と同じくらいの振れ幅で振れる
- ウ 右に、実験1と同じくらいの振れ幅で振れる
- エ 右に、実験2と同じくらいの振れ幅で振れる
- オ 針は振れない
この問題で使うもの
- 電流と磁界・電磁誘導の用語（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（2 技能）
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ヒント
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ヒント 1
コイルの中の磁界が変化するとコイルに電流が流れる現象（電磁誘導）の性質を使う。
ヒント 2
誘導電流の向きは、磁石の極を逆にしても、動かす向きを逆にしても逆になる。また、磁石を速く動かすほど電流は大きくなる。
ヒント 3
実験4では極（N→S）と動かす向き（近づける→遠ざける）の両方が実験1と逆になっている。向きが2回逆になるとどうなるかを考えれば、選択肢はウとエのどちらかに絞れる。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
コイルの中の磁界が変化すると、コイルに電圧が生じて電流が流れる。この現象を電磁誘導といい、流れる電流を誘導電流という。
【向きについて】誘導電流の向きは、(1) 磁石の極を逆にすると逆になり、(2) 磁石を動かす向き（近づける・遠ざける）を逆にしても逆になる。
実験1では「N極を近づける」と右に振れた。
・N極をS極に変える → 向きが逆になり、左に振れるはず。
・さらに「近づける」を「遠ざける」に変える → 向きがもう一度逆になり、右に振れるはず。
したがって、実験4では針は右に振れる。
【振れ幅について】実験1と実験2を比べると、磁石をすばやく動かしたほうが大きく振れている。磁界の変化が速いほど誘導電流は大きくなる。実験4は実験1と同じくらいゆっくり動かしているので、振れ幅は実験1と同じくらいになる。
よって答えはウである。
【ほかの選択肢】
・ア：振れ幅は正しいが、極と動かす向きの両方を逆にしているので、向きは実験1と同じ右になる。左は誤り。
・イ：向きが左である点が誤り。また、ゆっくり動かしているので振れ幅は実験2ほど大きくならない。
・エ：向きは正しいが、ゆっくり動かしているので実験2ほど大きくは振れない。
・オ：実験3のように磁石が静止していればコイルの中の磁界は変化しないので振れないが、実験4では磁石を動かして磁界が変化しているので、誘導電流が流れる。
別解
実験1では、N極を近づけたときに右に小さく振れた。誘導電流の向きは、磁石の極と動かす向き(近づける・遠ざける)のどちらか一方を逆にすると逆向きになり、両方を逆にすると元と同じ向きになる。
実験4はS極を下に向けている(極が逆)。さらに、コイルから遠ざけている(動かす向きも逆)。そのため、電流の向きは実験1と同じ右向きになる。別の見方では、実験1ではコイルを下向きに貫く磁界が強まる。実験4ではコイルを上向きに貫く磁界が弱まる。どちらもコイルを貫く磁界の変化は「下向きに増える」と同じなので、誘導電流の向きも同じになる。
振れ幅は磁石の動く速さで決まる。実験4は実験1と同じくらいのゆっくりした速さなので、振れ幅は実験1と同じくらいの小さい振れになる。
各選択肢を確かめる。
ア 向きが左で誤り。
イ 向きも振れ幅も誤り。
ウ 向き・振れ幅とも正しい。
エ 向きは合うが、振れ幅が大きい点で誤り。
オ 磁石が動いているので電流は流れ、振れないのは誤り。
よって答えはウ。