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83 (物理(第3問) 問3)
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。
Aさんが、条件を少し変えて実験してみたところ、結果は図3のように変わった。
加えた変更として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、選択肢に記述されている以外の変更は行わなかったものとする。また、磁石を追加した場合は、もとの磁石と同じものを使用したものとする。
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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83(物理(第3問) 問3) (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。
Aさんが、条件を少し変えて実験してみたところ、結果は図3のように変わった。
加えた変更として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、選択肢に記述されている以外の変更は行わなかったものとする。また、磁石を追加した場合は、もとの磁石と同じものを使用したものとする。
- 台車の速さを√2倍にした。
- 台車の速さを2倍にした。
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この過去問の解説 (2件)
01
パルスの間隔は変わっていないため台車の速度は変わっていません、
一方で、流れる誘導電流の大きさが2倍になっています。
つまり磁力が2倍になっているものが正しいです。
紛らわしいですがこれは真ん中のN極とS極が打ち消し合うので磁力は2倍になりません。
これが正解です。
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02
解答
台車につける磁石を(2つの磁石のN極がともに右を向く図)
のように2個たばねたものに交換した
解説
図3からは以下のことが読み取れます。
①1つ目のコイルで誘導起電力が発生してから
2つ目のコイルで誘導起電力が発生するまでの時間は変化していない
②誘導起電力のピークが2倍になっている
①より、台車の速さは変わっていないことがわかります。
②より、台車が通過する瞬間の磁束の増加量が2倍になっている
ことがわかります。
以上と整合する選択肢が答えとなります。
誤答選択肢です。
台車の速さは変わっていません。
誤答選択肢です。
台車の速さは変わっていません。
誤答選択肢です。
この選択肢と迷った人がいるかもしれませんが、
これは磁石の強さを変えないまま、磁石を長くしただけ
(N極とS極の間隔を広げただけ)の選択肢です。
[S N S N]の真ん中のNとSが打ち消しあって
[S N]となっていると考えればよいということです。
この選択肢のようにした場合、
変化後(図3の右側)のピークの鋭さが
なだらかになると考えられるでしょう。
誤答選択肢です。
この向きに磁石をたばねると
1つ目の磁石と2つ目の磁石の磁束が互いに
逆回りなので磁束がほとんど打ち消されますから、
もしこうすれば発生する誘導起電力はほぼ0になるはずです。
この選択肢が正解となります。
台車付近の磁束が2倍に増加します。
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