物理学IIB 演習問題集

問7 [4点]

無限に長い直線導線に $8.0 \, \text{A}$ の電流が流れている。導線から $0.20 \, \text{m}$ 離れた点の磁場の強さ $H$ [A/m] を求めよ。(円周率は $\pi$ のまま解答すること)

問8 [4点]

半径 $0.10 \, \text{m}$ の円形コイルに $5.0 \, \text{A}$ の電流を流した。コイル中心の磁場の強さ $H$ [A/m] を求めよ。

問9 [4点]

長さ $0.50 \, \text{m}$ のソレノイドに導線が 1000 回巻かれている。このソレノイドに $3.0 \, \text{A}$ の電流を流したとき、内部の磁場の強さ $H$ [A/m] を求めよ。

問10 [4点]

真空中で磁場の強さが $H = 200 \, \text{A/m}$ であった。この点の磁束密度の大きさ $B$ [T] を求めよ。ただし、真空の透磁率を $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{N/A}^2$ とする。(円周率は $\pi$ のまま解答すること)

問11 [4点]

紙面に垂直に手前から奥へ向かって流れる直線電流がある。この電流の右側にある点Pでの磁場の向きは、上下左右のうちどれか。

問12 [5点]

磁束密度 $B=0.50 \, \text{T}$ の一様な磁場中に、磁場の方向と垂直に導線を置いた。この導線に $4.0 \, \text{A}$ の電流を流すとき、導線の長さ $0.20 \, \text{m}$ の部分が受ける力の大きさ $F$ [N] を求めよ。

問13 [5点]

電荷 $q = 3.2 \times 10^{-19} \, \text{C}$ を持つ粒子が、磁束密度 $B=0.80 \, \text{T}$ の一様な磁場に垂直に、$v = 5.0 \times 10^5 \, \text{m/s}$ の速さで入射した。この粒子が受けるローレンツ力の大きさ $F$ [N] を求めよ。（$1.28e-13$ のように指数表記で解答せよ）

問14 [4点]

2本の平行な直線導線が $0.40 \, \text{m}$ の間隔で置かれ、それぞれ $I_1=10 \, \text{A}$, $I_2=5.0 \, \text{A}$ の電流が逆向きに流れている。導線間にはたらく力は引力か斥力か。

問15 [5点]

400回巻きのコイルを貫く磁束が、$0.20 \, \text{s}$ 間に $8.0 \times 10^{-3} \, \text{Wb}$ だけ一様に増加した。このときコイルに生じる誘導起電力の大きさ $V$ [V] を求めよ。

問16 [5点]

自己インダクタンスが $4.0 \, \text{H}$ のコイルに流れる電流が、$0.10 \, \text{s}$ 間に $0.50 \, \text{A}$ だけ減少した。このときコイルに生じる誘導起電力の大きさ $V$ [V] を求めよ。

問17 [4点]

コイルに棒磁石のS極を近づけるとき、コイルを貫く磁束の変化を妨げるために、コイルの磁石側には何極が生じるように誘導電流が流れるか。

問18 [5点]

あるコイルに流れる電流が $1.0 \, \text{s}$ あたり $3.0 \, \text{A}$ の割合で変化したとき、$12 \, \text{V}$ の起電力が生じた。このコイルの自己インダクタンス $L$ [H] を求めよ。

問19 [4点]

導体内の磁束が変化したときに、導体内に渦状に流れる誘導電流を特に何と呼ぶか。

問20 [4点]

電磁誘導によって生じる起電力の向きに関する法則を何というか。

問21 [5点]

$10 \, \Omega$ の抵抗と自己インダクタンス $L$ のコイルを直列に接続し、$6.0 \, \text{V}$ の電池につないだ。スイッチを入れてから十分に時間が経過した後に回路を流れる電流 $I_{final}$ [A] を求めよ。

問22 [5点]

自己インダクタンス $L = 0.50 \, \text{H}$ のコイルに $4.0 \, \text{A}$ の直流電流が流れている。このコイルに蓄えられているエネルギー $U$ [J] を求めよ。

問23 [6点]

2本の長い導線 a と b が距離 $r$ を隔てて平行に置かれ、同じ向きにそれぞれ $I_1, I_2$ の電流が流れている。導線 b の長さ $L$ の部分が、導線 a の電流から受ける力の大きさ $F$ を、$\mu_0, I_1, I_2, L, r$ を用いて表せ。（数式をテキストで入力）

問24 [6点]

抵抗 $R$, 自己インダクタンス $L$ のコイル, 起電力 $E$ の電池, スイッチSからなる直列回路がある。スイッチを入れた直後($t=0$)のコイルは、回路的にどのような素子と見なせるか。また、そのときの回路を流れる電流はいくらか。(解答は「〇〇、電流は〇」の形式で)

問25 [6点]

（記述式）「レンツの法則」とはどのような法則か。「磁束の変化」と「誘導電流の向き」という語句を用いて説明しなさい。

問26 [6点]

（記述式）電力会社が発電所から家庭へ電気を送る際に、電圧を非常に高くして送電する理由を、「送電線での電力損失」と「ジュール熱」という語句を用いて説明しなさい。

問27 [6点]

（記述式）「自己誘導」とはどのような現象か。電流が変化するときにコイルに何が起きるか、という観点から説明しなさい。