大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問92 (物理（第4問） 問7)

手回し発電機の原理に関する次の文章を読み、後の問いに答えよ。

手回し発電機では、ハンドルを回転させることによって直流電圧を発生させることができる。発生する直流電圧はハンドルの回転数だけで決まり、同じ速さでハンドルを回すと、接続するものによらず電圧は同じになるものとする。
手回し発電機にコンデンサーと抵抗器を直列に接続して、一定の回転数を保ちながらハンドルを回し、コンデンサーを充電していると、ハンドルの手ごたえは徐々に軽くなる。

続いて、手回し発電機のハンドルの手ごたえを考えるために、内部のコイルを回転させるときの仕事率について考える。
簡単のため、図3のように、長方形のコイルを、磁束密度の大きさがBの一様な磁場（磁界）の中で、一定の角速度ωで回転させることを考える。磁場はコイルの回転軸に垂直である。ここでは、QRSTの順に流れる電流の向きを正の向き、QTの側から見たコイルの回転の向きは、反時計回りを正の向きとする。また、コイルに流れる電流による磁場の影響はないものとする。

次の文章中の空欄（　ア　）・（　イ　）に入れる式の組合せとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。

STとQRの、速度と受ける力から、仕事率が求められる。コイルが図4に示す位置にあるときを考えよう。RSとQTの長さを2aとする。コイルが一定の角速度ωで回転しているとすると、STとQRの速さは（　ア　）になる。また、長さLのSTとQRが磁場から受ける力を考えると、コイルを回すための仕事率の大きさは、コイルに流れる電流Iを用いて（　イ　）と表される。この結果を用いると、ハンドルを回す力による力のモーメントが求められ、これがハンドルの手ごたえに相当する。