電磁気と交流（知識）の問題

真空中に、十分に長い 2 本の直線導線 A, B を、距離 $r$ だけ離して平行に置き、それぞれに一定の電流を流す。A に流す電流の大きさは $I_1$、B に流す電流の大きさは $I_2$ で、$I_1$ と $I_2$ は異なる値とする。このとき、導線どうしの間にはたらく力や、電流が磁場から受ける力についての記述として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、地磁気の影響は無視する。

• ア　A と B に同じ向きの電流を流すと、A と B は互いに反発しあう。
• イ　A と B に逆向きの電流を流すと、A と B は互いに引きあう。
• ウ　A の長さ $l$ の部分が B から受ける力の大きさと、B の長さ $l$ の部分が A から受ける力の大きさは等しい。
• エ　A と B の距離 $r$ を 2 倍にすると、導線の長さ $l$ の部分が受ける力の大きさは $\frac{1}{4}$ 倍になる。
• オ　電流が磁場から受ける力の向きは、電流の向きと磁場の向きのどちらにも平行である。

電流が磁場から受ける力、および平行な 2 本の直線電流の間にはたらく力について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、導線はすべて真空中にあり、十分に長い直線導線とする。また、地磁気の影響は無視する。

• ア　一様な磁場の中に置いた導線に、磁場の向きと平行な向きに電流を流すと、導線は磁場の向きに垂直な向きの力を受ける。
• イ　東西方向に水平に張った導線に東向きの電流を流し、北向きの一様な磁場を加えると、導線は鉛直上向きの力を受ける。
• ウ　平行に置いた 2 本の導線に互いに逆向きの電流を流すと、2 本の導線は互いに引き合う力を及ぼし合う。
• エ　平行に置いた 2 本の導線に同じ向きで大きさの異なる電流を流すと、電流の大きいほうの導線が受ける力の大きさは、電流の小さいほうの導線が受ける力の大きさより大きい。
• オ　一様な磁場の中に磁場と垂直に置いた導線に一定の電流を流すとき、磁場の中にある導線の部分の長さを 2 倍にすると、導線が受ける力の大きさは $\frac{1}{2}$ 倍になる。

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。

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。

電流がそのまわりにつくる磁場について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、導線やコイルは真空中にあり、地磁気の影響は無視する。また、直線導線とソレノイドは十分に長いものとし、電流は一定とする。

• ア　直線電流がつくる磁場の強さは、導線からの距離の 2 乗に反比例する。
• イ　円形電流が円の中心につくる磁場の強さは、電流が同じなら、円の半径が大きいほど強い。
• ウ　直線電流がつくる磁場は、導線に平行な向きにできる。
• エ　ソレノイドの内部にできる磁場の強さは、単位長さあたりの巻数と電流の積に比例する。
• オ　直線導線を流れる電流の向きを逆にしても、そのまわりにできる磁場の向きは変わらない。