国公立大学2次対策2021 第10回「電磁誘導」

土曜日, 1月 30, 2021

高校物理 国公立大学2次対策講座 電磁誘導

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 大学入試において,ファラデーの電磁誘導の法則に関する問題は,電磁気学の中では非常によく出題される分野です.(他に出題率が高いのは,コンデンサー,直流回路,ローレンツ力です.)

 誘導電流の流れる向きはレンツの法則で考えます.ただし,正方形や円形のコイルを磁場に対して面を垂直にして進入させる問題では,ローレンツ力を考えた方が解きやすい場合があります.柔軟に対応してください.どちらにしても発電する部分を見極めて,発電する部分から電流が流れ出す方が電位が高い部分なので注意しましょう.うっかり,発電する部分だけで考えて,電流の向きや電位が高い方を間違えないようにしてください.

 ファラデーの電磁誘導の法則は,「閉回路」内部の磁場が変化するときに誘導電流が発生するという法則なので,回路のどの部分が閉回路であるか,また閉回路の面積がどのように変化するか考えるようにしましょう.

  磁束密度$B$の磁場中に置かれたレール上を,長さ$l$の導体棒が速さ$v$で垂直に横切るときの誘導起電力$V=vBl$は,磁場中を導体棒が横切る様々な問題で利用できます.公式のように扱えるように演習しておきましょう.また,この問題は電磁誘導の中でも特に出題率が高い問題です.バリエーションは以下に示しますが,大体の問題で回路全体の消費電力が,外部からされた仕事に等しいという結論を導きます.問題演習するときには,結論を意識しながら解き進めましょう.

 導体棒が磁場に対して垂直に横切る問題のバリエーション

  • 導体棒が2本である.
  • 導体棒におもりをつけて重力により運動させる.
  • レールを水平面に対して斜め,あるいは垂直にする.
  • レールと導体棒の間に摩擦があり,誘導電流により生じる$IBl$の力で摩擦力が変化する.
  • 回路にコンデンサーが接続されている.
  • 電池を接続して電流を流し,誘導電流により生じる$IBl$の力で運動を始めさせる.
  • 導体棒の運動が単振動になる,あるいは単振動の一部と見なせる.
 電磁誘導の問題では,自己誘導相互誘導のような交流が見え隠れする問題も出題されます.回路に流れる電流について確認しておきましょう.また,ベータトロンの問題も必修です.演習しておきましょう.

 それでは,志望校合格に向けてがんばりましょう!

  • 動画に興味のある人は,右のリンクからたどるか.チャンネル登録してください.

 


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