ⅣV [先導学類 (理系傾斜), 観光デザイン学類 (理系傾斜), スマート創成科学類 (理系
傾斜), 数物科学類, 地球社会基盤学類, 生命理工学類, 理工3学類, 医学類,薬
学類,医薬科学類, 理系一括入試]
図4のように,磁束密度の大きさが B [T] の鉛直上向きの一様な磁場中に, 半径
L[m]の円形導線を、 その中心が点0にくるようにして水平面に配置する。 この水
平面には,点0を中心として回転できる長さL [m] の導体棒 OP も配置されてい
る。点0と円形導線上の点Qは抵抗値 R [Ω] の抵抗で結ばれており,切替スイッ
チSによって起電力 E [V] の電池を接続できる。 円形導線と導体棒の電気抵抗,回
路を流れる電流がつくる磁場、電池の内部抵抗は無視できる。 また,抵抗に示した
矢印の向きを電流の正の方向とする。
まず,スイッチSを1に接続する。 そして、 導体棒に外力を加え続けることに
より, 円形導線の上から見て反時計回りとなる図の矢印の向きに,一定の角速度
[] [rad/s] で導体棒を回転させた。 このとき, 導体棒と円形導線の間の摩擦は無視
できるものとし、 以下の問いに答えなさい。
問1導体棒が単位時間あたりに磁場を横切る面積を求めなさい。
問2導体棒に発生する誘導起電力の大きさを求めなさい。
問3 抵抗に流れる電流の大きさを求めなさい。 また, 電流の向きが正の方向であ
るか負の方向であるか答えなさい。
問4 導体棒を一定の角速度 ] で回転させるために必要な単位時間あたりの仕事
を求めなさい。
問5 導体棒が磁場から受ける力の大きさを求めなさい。
次に,導体棒 OP を静止させ, スイッチSを2に接続しOQ間に起電力Eの電
池を接続したところ, 導体棒が回転を始めた。 以下の問いに答えなさい。
問6 導体棒の角速度が w2 [rad/s] となったとき,抵抗に流れる電流を求めなさい。
また,回転の向きは,上から見て時計回りか反時計回りか答えなさい。
問7 十分に時間が経過した後, 導体棒の角速度が一定になった。 このときの角速
度を求めなさい。 また, このときに抵抗で消費される電力を求めなさい。
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