共通テスト直前対策2022 第15回 電場と磁場

水曜日, 1月 04, 2023

共通テスト 高3 高校物理 電場と電位

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 まず上の動画で電場と電位の関係について確認しましょう.また,「外力が$+1\rm C$の電荷に対して$1\rm J$の仕事をするときの電位差を$1\rm V$とする」という定義を思い出しましょう.この定義から自然と$W=qV$が導かれます.なお,$V=Ed$の公式が利用できるのは,一様な電場中だけなので注意してください.

 電気力線等電位面磁力線の違いを問う問題もこれまで多く出題されています.電場と等電位面の関係は,勾配(傾き)と等高線の関係に例えられます.電場と電気力線は同じものと見なすことができるので,等電位面と電気力線は直交することに注意しましょう.また,電気力線は正電荷から出て負電荷に入っていきます.この点にも注目してください.反対に,磁力線はループを描くことに注意しましょう.紙面に垂直な無限に長い直線電流がつくる磁場を考えるときは,直線電流を中心とした円を描いて,注目する点での接線を書くとかりやすいと思います.

 電場がする仕事は,共通テストでは等電位面や電位が書かれた図から読み取る問題たびたび出題されます.今考えている粒子が正電荷か負電荷に注目しましょう.また,$W=qV$を使ってシンプルに解く問題もありますが,電位差$\Delta V$を考えるのか,電位$V$を考えるのか見極めてください.

 電場から受ける力ローレンツ力による荷電粒子の運動を力学的に考える問題も頻出です.まず荷電粒子の正負を確認するようにしましょう.運動方程式を立てて考えるので,自信のない人はホール効果サイクロトロンベータトロンJ.J.トムソンの実験などを解いておくといいと思います.

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 電場と電位や,電場から受ける力,ローレンツ力に関する問題は毎年のように出題されています.共通テスト直前ですが,電場や磁場に関する定義,公式の意味を確認してください.また,単位についても確認しておきましょう.選択肢の中には,次元がまるっきり異なる解答も用意されています.

2020年度センター試験本試第1問2正解:2本の無限に長い直線電流がつくる磁力線.磁力線の向き(時計回り)を考えると,途中からつながるイメージができる.または,近くでは1本の導線がそれぞれ作る磁力線,遠方から見ると2本の導線を1本の導線と見なして,1本の導線が作る磁力線と考えても良い.

2020年度センター試験本試第2問B正解:磁場中の荷電粒子の運動.問3は比電荷を見直すと良い.ローレンツ力は仕事をしないので,粒子の速度は変化しない.問4は運動エネルギーの変化 $K_Q-K_P$ を考える.うっかり $K_Q-K_P\neq \frac{1}{2}m(2v-v)^2$ としないように.

2020年度センター試験追試第1問2正解:電場の合成の問題.電場はベクトルなので,ベクトルの合成を思い出しましょう.また円周上で等間隔なので,原点とそれぞれの電荷を結ぶ線分が互いになす角は $60^\circ$ であることに気付きましょう.

2021年度共通テスト本試第1問3正解:電場の大きさを考える問題.きちんと読めば間違えようがないと思います.

2021年度共通テスト追試第1問3正解:等電位線と電場がする仕事の問題.電場と電位の関係を確認して,電場がする仕事を参考にすること.山を少し上って大きく下るイメージができれば良い.

2022年度共通テスト本試第1問5正解:2本の直線電流が及ぼしあう力.単純に「電流の向きが同方向なら引力」と覚えてしまうと解けないので,導線1が作る磁場に対して,導線2を流れる電流が受ける力をフレミングの左手の法則で考えること.また,公式を用いずに,無限に長い直線電流がつくる磁場 $H=\frac{I}{2\pi r}$ ,$B=\mu H$ から,最後は $F=IBl$ で求める練習もしておくこと.

2022年度共通テスト追試第1問4正解:磁場中の荷電粒子の運動.サイクロトロンを見直しておくこと.

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