共通テスト(理科) 過去問
令和7年度(2025年度)本試験
問90 (物理(第4問) 問8)
問題文
はじめにコンデンサーには電荷が蓄えられておらず、スイッチSは開いている。次に、導体棒を右向きに一定の速さv(v>0)で動かしながらSを閉じる。Sを閉じた後も、導体棒が右向きに速さvで動き続けるように、導体棒に大きさFの外力を加える。ただし、導体棒はレールと垂直を保ちながらなめらかに運動するものとする。また、導線、導体レール、導体棒の電気抵抗、空気抵抗、回路の自己インダクタンスは無視できるものとする。
次に図2のように、図1のコンデンサーを自己インダクタンスがLのコイルに換えて同様な実験を行った。はじめにスイッチSは開いており、導体棒を右向きに一定の速さvで動かしながらSを閉じる。Sを閉じた後も、導体棒が右向きに速さvで動き続けるように、導体棒に大きさFの外力を加える。このとき、導体棒のab間に生じる誘導起電力をV2とする。
Sを閉じてから時間がtだけ経ったときの、回路に流れる電流の大きさIを調べたところ、図3のようになった。ただし、破線は時刻t=0におけるグラフの接線を表している。
図3の破線の傾きをaとする。このとき、コイルの自己インダクタンスLを表す式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、時刻t=0の近くにおける電流Iの時間変化の様子は、図3の破線で近似できることを使ってよい。
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問題
共通テスト(理科)試験 令和7年度(2025年度)本試験 問90(物理(第4問) 問8) (訂正依頼・報告はこちら)
はじめにコンデンサーには電荷が蓄えられておらず、スイッチSは開いている。次に、導体棒を右向きに一定の速さv(v>0)で動かしながらSを閉じる。Sを閉じた後も、導体棒が右向きに速さvで動き続けるように、導体棒に大きさFの外力を加える。ただし、導体棒はレールと垂直を保ちながらなめらかに運動するものとする。また、導線、導体レール、導体棒の電気抵抗、空気抵抗、回路の自己インダクタンスは無視できるものとする。
次に図2のように、図1のコンデンサーを自己インダクタンスがLのコイルに換えて同様な実験を行った。はじめにスイッチSは開いており、導体棒を右向きに一定の速さvで動かしながらSを閉じる。Sを閉じた後も、導体棒が右向きに速さvで動き続けるように、導体棒に大きさFの外力を加える。このとき、導体棒のab間に生じる誘導起電力をV2とする。
Sを閉じてから時間がtだけ経ったときの、回路に流れる電流の大きさIを調べたところ、図3のようになった。ただし、破線は時刻t=0におけるグラフの接線を表している。
図3の破線の傾きをaとする。このとき、コイルの自己インダクタンスLを表す式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、時刻t=0の近くにおける電流Iの時間変化の様子は、図3の破線で近似できることを使ってよい。
- a
- 1/a
- aV2
- V2/a
- a/V2
- V2/(aR)
- aR/V2
- aV2/R
- R/(aV2)
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この過去問の解説 (1件)
01
解答 V2/a
解説
導体棒は電圧V2の直流電源とみなせます。
Sを閉じた直後はコイルの誘導起電力とV2が等しく、
t=0 において V2=LΔI/Δt …①
が成り立ちます。
ところで、I-tグラフについて、原点付近の傾きつまり
変化の割合がaであることから、
t=0 において ΔI/Δt=a …②
と考えて良いことになります。
①②より、
V2=La
変形して
L=V2/a
よって答えは V2/a となります。
この選択肢が正解となります。
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