物理
高校生
解決済み
物理の電磁気の範囲です。
解き方を詳しく教えていただきたいです🙏
30 磁場中の電流が受ける力 【標準・25分・32点】
図1に示すように、磁束密度Bの一様な水平方向の磁場中に, 2辺の長さがそれぞ
れa,b の長方形コイルがある。 コイルは, 水平で磁場に垂直な軸を中心軸として滑
らかに回転できるようになっている。 コイルの端はそれぞれ導体円筒X,Yに接続さ
れている。さらに, 導体円筒には電池と抵抗の切替スイッチ Sw がついた回路がつな
がれている。
この
されている。
.Sw
R
を求
磁束密度B
K
a
Y
N
S
b
(2
観察者
回転軸
図 1
があらかじめ
いま,スイッチ Swにより, 回路を電池側に切り替えたとき,コイルに電流I が流
れた。
問1
コイルの面が鉛直方向に対して角度0だけ傾いているとき,コイルの回転軸ま
わりにはたらく力のモーメントの大きさを求めよ。 また, コイルは図中 ① ②
のいずれに回転しようとするか答えよ。
次にコイルの中心軸の一端に,半径の滑車を取り付けた。 図2は観察者から見た
コイルと滑車の状態である。 ただし, 滑車の質量は考えないものとする。
問2 図2のように角度が
πT
rad のとき,コイルが回転しないように、滑車の③
2
か④の一方だけにおもりを付けることにした。 おもりの質量m を求めよ。 また、
おもりは③と④のどちらに取り付ければよいか答えよ。 ただし, 重力加速度の大き
さは」とする。
S
滑車
コイルN
し
25
図2
A
次に滑車とおもりを外し、 図1のスイッチSw を抵抗R側に切り替えた。 その後,
8=0の状態からコイルを角速度で①の向きに回転するよう外力を加えた。ただし,
コイルが回転を始める時刻をt=0とする。
問3 コイルの面が鉛直方向に対して角度wtだけ傾いた瞬間に,コイルに発生する
起電力 V2 (t) を求めよ。 ただし, 0 <wt<のとき2(t)>0とし,Atを微小時
とした場合
cosw (t + ⊿t) - cos wt = Atw sin wt
-
が成り立つとする。
問4 このとき, コイルに流れる電流I (t) を求めよ。 ただし, 0wtのとき
問5
(t) > 0 とする。
この回転運動をさせるのに必要な力のモーメントの大きさ(t) を求めよ。
<埼玉大>
問6 この回転運動をさせるのに必要な外力のする仕事率の平均値Pを求めよ。
問1 BIab sin 0,回転の向き ①
BI₁ab
問2
おもりの取りつけ ③
gr
問3 Babw sin wt
Babw
sin wt.
B² a²b² w
問4
R
問5
問6
R
2
2
B² a²b² w²
2R
sin² wt
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丁寧にご説明いただきありがとうございました🥹
すごく助かります🙏
とても分かりやすかったです！！