出題パターン
磁束を切る導体棒
鉛直上向きに、磁束密度B(Wb/m²=
N/(A・m)) の一様な磁界がある。 磁界と
(rad) の角をなす斜面上に、2本の長い
直線導体 aa bb' が平行に間隔 [m)だ
け離れて置かれている。 長さ(m) 質量
(kg)、抵抗値R (Ω)の金属棒の両端X,
So
Yが、それぞれ導体 aa, bb'に接し、導体と常に直角を保ちながら、なめ
らかに動くものとする。また、導体の上端部a. bにはスイッチ S. Sa
抵抗値'(Q)の抵抗がつながれている。重力加速度の大きさを
g(m/s) とする。
(I) はじめに S を閉じた。電源の電圧をF(V)にして、金属棒を支える
手を静かに放したところ、 金属棒は動かなかった。
(1)金属棒が磁界から受ける力の大きさ(N) をFを含む式で表せ。
(2) 金属棒に働く力のつりあいの条件によりgを含む式で表せ。 ま
たから見てbの電位は高いか低いか。
(Ⅱ) 次に, S, を開き、 S を閉じて十分時間がたったところ、 金属棒は速
さu (m/s)の等速運動をした。
(3)回路に生じる誘導起電力の大きさ(V) を を含む式で表せ。 また
金属棒を流れる電流の向きはXY, Y→Xのいずれか。
(4)をg を含む式で表せ。
(5) 等速運動をする金属棒に対し、重力のする仕事率P (W) はいくらか。
(6) このとき、回路全体の抵抗で1秒間に発生するジュール熱Q(J)はい
くらか。
