電磁気と交流（知識）の問題

真空中に一様な磁場がある。この磁場の中に、正の電荷をもつ粒子を入射させる。重力の影響は無視する。

磁場中の荷電粒子が受ける力と、その運動について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　ローレンツ力はつねに粒子の速度と同じ向きにはたらき、粒子の速さを大きくする。
• イ　粒子が磁場の向きと平行に運動しているときも、粒子は磁場からローレンツ力を受ける。
• ウ　ローレンツ力は粒子に仕事をしないので、粒子の運動エネルギーは変化しない。
• エ　磁場に垂直に入射した粒子が等速円運動をするとき、その周期は粒子の速さが大きいほど長くなる。

机の上に棒磁石を 1 本置き、そのまわりに鉄粉をまくと、鉄粉は磁力線に沿った模様をつくる。磁力線には、各点での磁場の向きに矢印をつけて表す。地磁気の影響は無視する。

磁石の外部では、磁力線は（ a ）極から出て、反対側の極に入る。また、磁力線が（ b ）ところほど、磁場が強い。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。

真空中の一様な磁場の中を運動する荷電粒子にはたらくローレンツ力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。ただし、磁場は時間によって変化せず、荷電粒子には磁場から受ける力以外の力ははたらかないものとする。

• ア　ローレンツ力は粒子の速度の向きにつねに垂直にはたらくので、粒子に対して仕事をしない。
• イ　磁場の向きと平行に運動している荷電粒子は、磁場からローレンツ力を受けない。
• ウ　磁場の中で静止している荷電粒子も、その電気量と磁束密度の積に比例する大きさのローレンツ力を受ける。
• エ　磁場の向きに垂直に入射した荷電粒子は、ローレンツ力によって加速され、運動エネルギーがしだいに増加する。
• オ　同じ速度で運動する正の電荷の粒子と負の電荷の粒子では、受けるローレンツ力の向きは互いに逆になる。

電磁波は、真空中でも光速で伝わる横波であり、波長によっていくつかの種類に分けられる。

可視光線よりも波長が少し長い電磁波を（ a ）といい、物体に吸収されると物体の温度を上げるはたらきが大きいので、ストーブなどの暖房器具に利用される。一方、可視光線よりも波長が少し短い電磁波を（ b ）といい、生物の細胞に作用するはたらきが強いので、殺菌灯に利用される。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次の表のア〜オのうちから 1 つ選べ。

水平な机の上に、まっすぐな導線を東西の向きに置き、導線に一定の大きさの電流を西から東の向きに流す。導線のまわりには、磁束密度の大きさが一定で、向きが鉛直上向き（机の面に垂直で、下から上に向かう向き）の一様な磁場がかかっており、導線はその全体が磁場の中にある。地磁気の影響は無視する。

この導線が磁場から受ける力について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、イ〜オでは、文中に書いた条件だけを変え、それ以外の条件（電流の大きさ・向き、磁場の大きさ・向き、磁場の中にある導線の長さ）はもとのままとする。

• ア　導線が受ける力の向きは、水平で南向きである。
• イ　電流の向きを東から西の向きに変えても、導線が受ける力の向きは変わらない。
• ウ　電流の大きさを 2 倍にすると、導線が受ける力の大きさは 4 倍になる。
• エ　導線の向きを変えて、電流が鉛直上向き（磁場と同じ向き）に流れるようにすると、導線は磁場から力を受けない。
• オ　磁束密度の大きさを半分にしても、導線が受ける力の大きさは変わらない。