電流と電圧の問題

U 字形磁石の N 極と S 極の間に、導線を数回巻いたコイルの一部が入るようにコイルをつり下げた。コイル、電熱線、電源装置、スイッチを直列につなぎ、電流を流すと、コイルは磁界から力を受けて動く。

【実験 1】電源装置の電圧を $6.0\text{V}$、電熱線の抵抗の大きさを $12\Omega$ にしてスイッチを入れると、コイルは磁石の外側に向かって $1.0\text{cm}$ 動いて止まった。

【実験 2】電源装置の電圧は $6.0\text{V}$ のまま、電熱線を抵抗の大きさが $4.0\Omega$ のものにとりかえ、さらに電源装置の $+$ 極と $-$ 極につなぐ導線を入れかえてスイッチを入れた。

コイルが磁石の外側に向かって動いた距離を正の数、内側に向かって動いた距離を負の数で表すとき、実験 2 でコイルが動いた距離は何 cm ですか。ただし、コイルの動いた距離は、コイルに流れる電流の大きさに比例するものとし、コイルや導線の抵抗は考えないものとする。

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。

電圧が $10\text{V}$ の電源、抵抗の大きさが $20\Omega$ の電熱線 a、抵抗の大きさがわからない電熱線 b を用意し、電熱線 a と電熱線 b を直列につないで電源につないだ。さらに、電熱線 a の両端に電圧計を並列につないだところ、電圧計は $4.0\text{V}$ を示した。電熱線 b の抵抗の大きさは何 $\Omega$ ですか。ただし、電源の電圧は一定で、導線と電源の抵抗、電圧計に流れる電流は考えないものとする。