大学入学共通テスト(理科) 過去問
令和4年度(2022年度)本試験
問81 (物理(第3問) 問2(2))
問題文
図1のように、二つのコイルをオシロスコープにつなぎ、平面板をコイルの中を通るように水平に設置した。台車に初速を与えてこの板の上で走らせる。台車に固定した細長い棒の先に、台車の進行方向にN極が向くように軽い棒磁石が取り付けられている。二つのコイルの中心間の距離は0.20mである。ただし、コイル間の相互インダクタンスの影響は無視でき、また、台車は平面板の上をなめらかに動く。
台車が運動することにより、コイルには誘導起電力が発生する。オシロスコープにより電圧を測定すると、台車が動き始めてからの電圧は、図2のようになった。
この実験に関して述べた次の文章中の空欄( イ )に入れる語句として最も適当なものを、それぞれの選択肢のうちから一つ選べ。
コイルに電磁誘導による電流が流れると、その電流による磁場は、台車の速さを( ア )する力を及ぼす。しかし、実際の実験ではこの力は小さいので、台車の運動はほぼ等速直線運動とみなしてよかった。力が小さい理由は、オシロスコープの内部抵抗が( イ )からである。
空気抵抗も台車の加速度に影響を与えると考えられるが、この実験では台車が遅く、さらに台車の質量が( ウ )ので、空気抵抗の影響は小さい。
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問題
大学入学共通テスト(理科)試験 令和4年度(2022年度)本試験 問81(物理(第3問) 問2(2)) (訂正依頼・報告はこちら)
図1のように、二つのコイルをオシロスコープにつなぎ、平面板をコイルの中を通るように水平に設置した。台車に初速を与えてこの板の上で走らせる。台車に固定した細長い棒の先に、台車の進行方向にN極が向くように軽い棒磁石が取り付けられている。二つのコイルの中心間の距離は0.20mである。ただし、コイル間の相互インダクタンスの影響は無視でき、また、台車は平面板の上をなめらかに動く。
台車が運動することにより、コイルには誘導起電力が発生する。オシロスコープにより電圧を測定すると、台車が動き始めてからの電圧は、図2のようになった。
この実験に関して述べた次の文章中の空欄( イ )に入れる語句として最も適当なものを、それぞれの選択肢のうちから一つ選べ。
コイルに電磁誘導による電流が流れると、その電流による磁場は、台車の速さを( ア )する力を及ぼす。しかし、実際の実験ではこの力は小さいので、台車の運動はほぼ等速直線運動とみなしてよかった。力が小さい理由は、オシロスコープの内部抵抗が( イ )からである。
空気抵抗も台車の加速度に影響を与えると考えられるが、この実験では台車が遅く、さらに台車の質量が( ウ )ので、空気抵抗の影響は小さい。
- 小さいので、コイルを流れる電流が小さい
- 小さいので、コイルを流れる電流が大きい
- 大きいので、コイルを流れる電流が小さい
- 大きいので、コイルを流れる電流が大きい
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この過去問の解説 (2件)
01
流れる電流が大きいほど力は大きくなります。
つまり力が小さい⇒電流が小さいということになります。
また、V=RIより電流Iが小さいということは抵抗Rは大きいということになります。
これが正解です。
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02
解答 イ: 大きいので、コイルを流れる電流が小さい
解説
コイルに流れる誘導電流が発生させる磁場によって台車は力を受けますが、
今回は等速直線運動とみなしてよい旨が問題文中に書かれています。
その理由を答える問題です。
「オシロスコープの内部抵抗が( イ )から」の穴埋め問題です。
誘導電流が発生させる磁場の大きさは、
その誘導電流の大きさが小さいほど小さくなります。
(コイルに流れる電流が作る磁場を復習しましょう)
誘導電流は誘導起電力と電気抵抗で決まり、
I=V/Rより、電気抵抗が大きいほど電流が小さい
と言えることを考慮して適切な選択肢を選びます。
よって答えは イ: 大きいので、コイルを流れる電流が小さい となります。
この選択肢が正解となります。
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