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埼玉医科大学物理2012年第3問

次の文章を読み、下の問い(問1~8) に答えよ。 図4のように、点線の右側に磁束密度B 〔T〕の一様な磁場があり、この領域に1辺の長さがL [m〕の正方形の導線枠が速さv 〔m/s〕で進入したとする。導線枠の速度は点線と磁場に垂直で、前側の一辺AAは点線に平行であるとする。このとき、導線枠を貫く磁束が増加するため辺AA内に31 〔V〕の起電力が生じ、電流I 〔A〕が発生したとすると、辺AAは磁場から大きさ32 〔N〕の力を受ける。この力の方向は33である。次に、図5のように水平面となす角度θ 〔rad〕の粗い斜面があり、斜面上の水平線G1G1G2G2の間には磁束密度B 〔T〕の一様な磁場が斜面に垂直で上向きに存在するとする。この斜面に1辺の長さがL [m〕の導線で作った質量m 〔kg〕の正方形枠CDEFを、辺CDEFが水平になるように置いて ある。この導線枠を向きが変わらないようにして斜面を滑らせた。図6は導線枠CDEFが磁場の領域に入る前の静止の状態から、磁場の領域を完全に脱出して、少し時間がたった後までの時間t [s〕と速度v 〔m/s〕との関係を表したグラフである。ただし、導線枠の自己インダクタンスは無視する。また、sinθ=35cosθ=45、重力加速度の大きさをg=9.8 〔m/s2〕、mg=1.0 [N〕、導線の長さ1mあたりの電気抵抗を0.20 [Ω/m〕とする。
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  • 問1 3132に入る式として最も適切なものを、次の(1)~(9)のう ちからそれぞれ1つずつ選べ。
    • (1) vB
    • (2) vI
    • (3) vL
    • (4) IB
    • (5) IL
    • (6) BL
    • (7) vBL
    • (8) vIB
    • (9) IBL
  • 問2 33に入る言葉として最も適切なものを、次の(1)~(6)のうちから1つ選べ。
    • (1) 磁場の方向
    • (2) 電流の方向
    • (3) 速度の方向
    • (4) 磁場と反対の方向
    • (5) 電流と反対の方向
    • (6) 速度と反対の方向
  • 問3 導線枠と斜面の間の動摩擦係数の値はいくらか。最も適切なものを、次の(1)~(5)のうちから1つ選べ。34
    • (1) 0.10
    • (2) 0.20
    • (3) 0.30
    • (4) 0.40
    • (5) 0.50
  • 問4 図5において導線枠の1辺の長さLは何〔m〕か。最も適切なものを、次の(1)~(5)のうちから1つ選べ。35〔m〕
    • (1) 0.11
    • (2) 0.25
    • (3) 0.49
    • (4) 0.74
    • (5) 0.98
  • 問5 図5において磁場に突入することにより、新たに加わった力の大きさは何〔N〕か。最も適切なものを、次の(1)~(5)のうちから1つ選べ。36〔N〕
    • (1) 0.10
    • (2) 0.15
    • (3) 0.20
    • (4) 0.25
    • (5) 0.30
  • 問6 図5において磁束密度Bの大きさは何〔T〕か。最も適切なものを。次の(1)~(5)のうちから1つ選べ。37 〔T〕
    • (1) 0.18
    • (2) 0.20
    • (3) 0.32
    • (4) 0.41
    • (5) 0.52
  • 問7 図5の全過程で消費された電気エネルギーは何〔J〕か。最も適切なものを、次の(1)~(5)のうちから1つ選べ。38〔J〕
    • (1) 0.049
    • (2) 0.098
    • (3) 0.20
    • (4) 0.39
    • (5) 0.49
  • 問8 t=1.0s~1.5sの間のエネルギーの形の変化として最も適切なものを次の(1)~(5)のうちから1つ選べ。39
    • (1) 運動エネルギーが電気エネルギーに変わり、その電気エネルギーは熱エネルギーに変わる。
    • (2) 運動エネルギーが電気エネルギーと熱エネルギーに変わり、その電気エネルギーも熱エネルギーに変わる。
    • (3) 位置エネルギーが電気エネルギーと運動エネルギーに変わり、その電気エネルギーは熱エネルギーに変わる。
    • (4) 位置エネルギーが電気エネルギーに変わり、その電気エネルギーが熱エネルギーに変わる。
    • (5) 位置エネルギーが電気エネルギーと熱エネルギーに変わり、その電気エネルギーも熱エネルギーに変わる。