次に, 全てのスイッチS1, S2 を開いて磁場を加えるのをやめ, 正方形コイルをは
じめの位置に戻して固定した。その後、図2のようにおもりの代わりに質量 M1の細
長い棒磁石を取り付けた。棒磁石は上側がN極,下側がS極となるように取り付け
られており,N極,S極の磁気量はそれぞれ+m,-m(m>0)で,磁極間の距離は
lである。いま,この装置全体に鉛直上向きに,高さぇと共に変化する磁束密度
B(B1>0)の磁場を加える。 磁束密度B1 の変化量4B1はzの変化量 4z に対して
AB=KAzで与えられ,レールが固定されている水平面内で磁束密度B1 が B の値
を持つように調整されている。 ここで,勾配Kはゼロまたは正の値である。 この装
置が置かれている領域では加えた磁束密度の成分,成分は無視できるほど小さ
く高さが等しい水平面内では B1 の値は等しい。 また、棒磁石の磁気量は磁場の
強さに依存しない。 空気の透磁率をμとし,棒磁石がつくる磁場の影響は無視す
る。
S1
E 1
R
Sz
Z
Q
P
D
+m N
B1
★x
Mi
図2
-m S
設問 (5) K = 0 の場合に,スイッチS を閉じて正方形コイルの固定を静かに外す
と、正方形コイルは止まったまま動かなかった。 鉛直上向きの力を正とし
て、棒磁石のN極, S極が磁場から受ける力をそれぞれl, m, B, g, μ
のうち必要なものを用いて表せ。 また, 棒磁石の質量 M」 を R, E, ℓ,
m, B, d,g,μのうち必要なものを用いて表せ。
