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Science Junior High

自分の答えと合っているか確認したいので、よろしければ、こちらの問題を解いて下さい!

4 3 発光ダイオードや豆電球などの明るさと消費電力について調べるため,次の実験1,2を行いま した。これに関して, あとの(1)~(3)の問いに答えなさい。 実験 1 ① 発光ダイオードと豆電球を用いて, 図のような回路を組み立てた。 ② 次に、スイッチSを入れずに、 電圧計の示す値が2.0Vになるよう にして電圧を加えたところ, 豆電 球だけが光り, 電流計は 300mA を示した。 図 電源装置 完 豆電球 ③ ②のあと, スイッチSを入れて から、電圧計の示す値が2.0Vに なるようにして電圧を加えたとこ 発光ダイオード スイッチS 電流計 電圧計 ろ,発光ダイオードと豆電球のどちらも光り, 電流計は320mAを示した。 実験2 ① 100Vで使用したときの消費電力がそれぞれ, 8WのLED電球 (発光ダイオード を使用した電球) と, 60Wの白熱電球を準備した。 2 ①のLED電球と白熱電球にそれぞれ100Vの電圧を加えると、ほぼ同じ明るさ 光った。 ③②の状態を3分間続けたあと、赤外線カメラ (サーモグラフィー) でLED電球と 白熱電球の表面温度を測定したところ、白熱電球はLED電球に比べかなり高温に なっていた。 (1)次の文章は, 実験1の結果について述べたものである。 あとの(a), (b) の問いに答えなさい。 実験1において, ③のときの豆電球の明るさは、②のときの明るさと比べて ✗ これは、③のときに豆電球に流れる電流の大きさが ②のときと比べて y からであ る。また、③のときの発光ダイオードの消費電力は Z Wであった。 (a) 文章中の X にあてはまることばとして最も適当なものを,X群, Y群の ア~ウのうちからそれぞれ一つずつ選び、その符号を答えなさい。 X群 ア 変わらなかった イ 明るくなった ウ暗くなった Y群 ア 変わらなかった イ 大きくなった ウ 小さくなった 1 (b) 文章中の Z にあてはまる最も適当な数値を答えなさい。 (2)実験2の①、②から、家庭において100Vの電圧で使用するとき, 60Wの白熱電球を8Wの LED電球にとりかえることで,消費する電力量を1分間あたり何節約することができるか。 (3)実験2の③の結果から, 実験2の②では, LED電球と白熱電球はほぼ同じ明るさで光るのに、 白熱電球に比べLED電球の消費電力が小さい理由として最も適当なものを、次のア~エのうち から一つ選び、その符号を答えなさい。 ア 光エネルギーに変換される熱エネルギーが白熱電球よりも小さいから。 イ光エネルギーに変換される熱エネルギーが白熱電球よりも大きいから。 ウ熱エネルギーに変換される電気エネルギーが白熱電球よりも小さいから。 エ熱エネルギーに変換される電気エネルギーが白熱電球よりも大きいから。 宅 -3-

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Physics Undergraduate

A.Bの電流がcにつくる磁場はなぜ図のようになるのか教えてください。 右ねじの法則をどう使えば図のようになるんですか?

例題43 平行電流がおよぼしあう力 図のように, 3本の平行で十分に長い直線状の導線A, B, とBに紙面の表から裏の向きに, Cには逆向きに,いずれも cを, 一辺10cmの正三角形の頂点に, 紙面に垂直に置く。 A 12.0Aの電流を流す。 真空の透磁率を4×10-7 N/A とする。 (1) A,Bの電流が,Cの位置につくる磁場の向きと強さはい くらか。 (2)導線Cの長さ 0.50mの部分が受ける, 力の向きと大きさはいくらか。 指針 (1) ねじの法則を用いて, A, B の電流がCの位置につくる磁場を図示し, それ らのベクトル和を求める。 磁場の強さは. H=I/(2πr) の式を用いて計算する。 (2) フレミングの左手の法則から力の向きを, 磁場 261 発展問題 524 10cm B ので,Ha=H, である。 合成磁場は,図の右 向きとなる。 H, HB は, I 2.0 10 H=HB= = = - [A/m〕 2лr 2×0.10 π 合成磁場の強さHは, F=1JHI の式から力の大きさを求める。H=2×Hacos30°=2x10x1 08 π =5.50A/m 5.5A/m 10/3 = π 解説 F30° 電流の大きさは等しく, Cまでの距離も等しい (1)A,Bの電流がC の位置につくる磁場 A,Bは,右ねじの 法則から、図のように なる。HA,HB は,そ れぞれ AC, BC と垂直である。また,A,Bの -HB CQ H (2) フレミングの左手の法則から, 導線Cが受 ける力の向きは,AB と垂直であり,図の上 HA 向きとなる。 力の大きさFは, AQ &B 10√3 F=μolHl=(4×10-7) x2.0x -×0.50 π =6.92×10-N 6.9×10-N

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Physics Senior High

なぜ答えは③になるのでしょうか

図1に示すように、磁束密度の大きさが B 〔T] でy軸の正の向きを向いた一様 な磁場 (磁界) 中で, 細い導線でできた長方形の一巻きコイル ABCD が回転する。 辺AB と辺 CD の長さはα 〔m〕 であり,辺BCと辺DAの長さは6〔m〕 である。 辺 AB, BC, CD の電気抵抗は無視できるが, 辺 DAの電気抵抗は R [Q] である。 点Aは座標原点にある。 コイルは軸にある辺AD を軸にして,軸の正の側か ら見て反時計回りに一定の角速度w 〔rad/s] で回転している。 一巻きコイルの自 己インダクタンスは無視できる。 必要であれば以下の公式を用いてもよい。 sin (a ±3 = sin a cos β ± cosa sin 3 cos(a±β)= cos a cos β 干 sin a sin β Z (複号同順) 図1のように, 軸の正の向きと辺ABのなす角が0 〔rad〕 のとき, 辺BCの速度 ア である。 辺BCの中にある電荷-e [C] (ただ の成分 [m/s] はv= 0-0のとき、 le > 0) を持つ自由電子の速度のæ成分もと同じとすれば, 0<0く 電子は イ のローレンツ力を受ける。 これによって, 閉じている一巻きコ イル ABCD には誘導電流が流れる。 2 これを,コイルを貫く磁束が時間的に変化するという見方で見てみよう。 コイル の面と常に垂直でコイルとともに回転する矢印Nを図1のようにとる。 コイルの面 を矢印Nの向きに磁束線が貫く場合, コイルを貫く磁束は正, 逆向きに貫く場合 πT を負とする。 0 の範囲がー <0 の場合,磁束線はコイルを矢印Nの向きに買 2 2 いており, コイルを貫く磁束 (0) 〔Wb] は ウである。ファラデーの電磁誘

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