センター間近!右手・左手どちらを使う?垂らしたアルミ箔と高校物理


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今日は電磁気学のフレミング左手の法則や、右ねじの法則の使い方について、
問題をとおして考えていきたいと思います。

センター試験ではかならず出てくるメジャーな問題ですが、
以外に難しかったりするんですよね。

みなさんはこんな問題を解くことができますか?

問題

次の図のようにアルミ箔をU字型に曲げて鉛直方向に垂らし、電源装置をつかって電流Iを流しました。アルミ箔は十分に長いものとし、アルミ箔の間隔はdとします。また透磁率をμとします。次の各問に答えなさい。

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(1) 点Pでの左側のアルミ箔が作る磁場の向き(東西南北)を求めなさい。

(2) 点Pのアルミ箔が単位長さあたりに受ける力の大きさと向き(東西南北)を求めなさい。


それでは解説にうつります。

(1)

電磁気学の問題で難しくなってくるのは、3次元空間をイメージしながら説かなければいけないということです。いきなり3次元空間で考えるのは難しいので、2次元に落とし込んで考えてみましょうね。

紙のある場所で切ってみて、それを上から眺めた図を描いてみましょう。

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左側の導線が作る磁場は、右手を「グッド」の形にして親指を画面裏から表へ向けてください。

すると親指意外の指が反時計回りに回転するのがわかりますね。これが右ねじの法則です。

P点を考えると、北向きとなります。

問題では問われていませんが、このときの磁場の大きさも求めてみましょう。

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磁場の公式に代入すれば簡単ですね。アルミ箔の間隔はdなので、これを代入しましょう。

(2)

点Pには画面表から裏向きにむかって電流が流れており、この場所には(1)で求めたように磁場が北向きに貫いています。

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このことからフレミング左手の法則をつかって力の向きを求めましょう。
中指が電流、人差し指が磁場、親指が力です。

電・磁・力とおぼえましょうね。

親指は東向きを向くことがわかりますね。

それでは公式に代入してみましょう。

スクリーンショット 2015-01-16 10.20.39 磁場は(1)で求めたものを使ってくださいね。

いかがでしたか?最後にまとめとして、3次元でそのまま考えて見ると、
次のようになります。

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いかがでしたでしょうか?

右手・左手の使い方がわかりましたか?

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