問3 電流が磁界から受ける力を調べるために,次のような実験を行った。 これらの実験とその結果に
ついて,あとの各問いに答えなさい。 ただし, 抵抗器を除くすべての部品の電気抵抗, 金属レール
とアルミニウム製のパイプ(以下, パイプと呼ぶ)との間の摩擦は考えないものとし, 電流が磁界
から受ける力は金属レールと平行な方向にかかるものとする。
〔実験1] 図1のように, 平らな木の板の上に2本の金属レールを平行に置き、その間にU字型磁石
を置いた。 金属レールの上にパイプをのせ、金属レールと直流の電源装置, スイッチ, 抵抗器
を導線でつないで回路とし,水平な台の上に置いた。 スイッチを入れると回路に電流が流れ,
パイプがB側に動いた。
〔実験2〕 図2のように,図1の金属レールをB側が高くなるよう木片を用いて傾けた。 スイッチを
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電圧をある大きさにしたときにパイプが金属レール上で静止した。
入れて電源装置を調整し、
電源装置
アルミニウム製のパイプ
アルミニウム製のパイプU字型磁石
スイッチ
金属レール
U字型磁石
導線
導線
S
金属レール
B側
抵抗器
A側
B側
A側
-木の板
木の板
-木片
図 1
図2
〔実験 2]において, パイプが金属レール上で静止するときにパイプ
が磁界から受ける力の大きさを, 文字を使った式で書きなさい。 ただし,
パイプにはたらく重力の大きさは W 〔N〕, 図2の金属レールの傾きと同
じ角度をもつ直角三角形の三辺の長さの比は図3の a, b, c とする。
〔実験 2〕において, 金属レールの傾きを、図4のよう
に同じ角
相似
b
a
金属レール
導線