電磁気と交流（知識）の問題
両端を導線でつないで閉じた回路にしたコイルと棒磁石を使って、電磁誘導について調べた。電磁誘導についての記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。
- ア コイルを貫く磁束が変化しないときは、コイルの近くの磁場がどれだけ強くても誘導起電力は生じない。
- イ コイルに生じる誘導起電力の大きさは、コイルを貫く磁束の大きさに比例する。
- ウ ほかの条件が同じなら、コイルに生じる誘導起電力の大きさはコイルの巻数に比例する。
- エ 誘導電流は、コイルを貫く磁束の変化を強める向きに流れる。
- オ 棒磁石の N 極をコイルに向けたまま、コイルに近づけるときと遠ざけるときとでは、誘導電流の向きは逆になる。
この問題で使うもの
- 電磁誘導とレンツの法則・ファラデーの法則（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（5 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
ファラデーの電磁誘導の法則と、レンツの法則を使って 1 つずつ判断しよう。
ヒント 2
誘導起電力は で表される。大きさを決めるのは磁束そのものか、磁束の変化の割合か。また、誘導電流は磁束の変化を妨げる向きに流れる。
ヒント 3
イとエは上の 2 つの法則と食い違う。残りの選択肢がそれぞれ法則と合っているか確かめよう。正しいものは 1 つではない。
答えと解説
答えを見る
ア, ウ, オ
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解説を読む
ファラデーの電磁誘導の法則によると、巻数 のコイルを貫く磁束が時間 の間に だけ変化するとき、生じる誘導起電力は
である。誘導起電力の大きさは磁束の時間変化の割合と巻数に比例し、負の符号は、誘導起電力が磁束の変化を妨げる向きに生じること（レンツの法則）を表している。
- ア 正しい。誘導起電力は磁束が変化するときにだけ生じる。 なら、磁場が強くても である。
- イ 誤り。誘導起電力の大きさは磁束そのものではなく、磁束の時間変化の割合 に比例する。
- ウ 正しい。 より、磁束の変化の割合が同じなら、誘導起電力の大きさは巻数 に比例する。
- エ 誤り。レンツの法則より、誘導電流は磁束の変化を妨げる向きに流れる。
- オ 正しい。N 極を近づけるとコイルを貫く磁束が増え、遠ざけると減る。磁束の変化が逆向きになるので、それを妨げる向きに流れる誘導電流の向きも逆になる。
よって、正しいものは ア, ウ, オ である。
別解
各選択肢を確かめる。
- ア: 誘導起電力は磁束の変化によって生じる。磁束が変化しなければ、磁場が強くても生じない。正しい。
- イ: 誘導起電力の大きさは、磁束の時間変化の割合 に比例し、磁束の大きさには比例しない。誤り。
- ウ: ファラデーの電磁誘導の法則 より、巻数 に比例する。正しい。
- エ: レンツの法則により、誘導電流は磁束の変化を妨げる向きに流れる。強める向きではない。誤り。
- オ: N 極を近づけると磁束が増加し、遠ざけると減少するので、レンツの法則より誘導電流の向きは逆になる。正しい。
正しいものはア、ウ、オ。