共通テスト物理2021年度／第２問B 電磁誘導（磁場中を動く導体棒）解説
共通テスト物理2021年度／第２問（キルヒホッフの法則、ブリッジ回路）解説①からの続き
２０２１年度共通テスト 物理 第２問 問４〜
問４ 電磁誘導
図２のように、鉛直上向きで磁束密度の大きさBの一様な磁場（磁界）中に、十分長い２本の金属レールが水平面内に間隔dで平行に固定されている。その上に導体棒ａ、ｂをのせ、静止させた。導体棒ａ、ｂの質量は等しく、単位長さあたりの抵抗値はｒである。導体棒はレールと垂直を保ったまま、レール上を摩擦なく動くものとする。また、自己誘導の影響とレールの電気抵抗は無視できる。
時刻ｔ＝０に導体棒ａにのみ、右向きの初速度ｖ０を与えた。
問４ 導体棒ａが動き出した直後に、導体棒ａに流れる誘導電流は図の（ア）の矢印の向きであり、その大きさは（イ）である。
引用元: ２０２１年度共通テスト物理 第２問 問４
問題のように導体棒が磁場中を動いた時、レンツの法則によりPの向きに電流が流れる。
誘導起電力はV＝ｖ０Bｄ となり、導体棒１本の抵抗はｒｄなので、流れる誘導電流の大きさは
したかって（１５）の答は②
問５ 電磁力、フレミングの左手の法則
導体棒ａが動き始めると、導体棒ｂも動き始めた。このとき、導体棒ａとｂが磁場から受ける力に関する文として最も適当なものを、次の①〜④のうちから一つ選べ。
①力の大きさは等しく、向きは同じである。
②力の大きさは異なり、向きは同じである。
③力の大きさは等しく、向きは反対である。
④力の大きさは異なり、向きは反対である。引用元: ２０２１年度共通テスト物理 第２問 問５
導体棒ａ、ｂでの電流の流れる向きは逆なので、力の向きも逆になる。（フレミングの左手の法則）
力の大きさは流れる電流の大きさをIとすると、どちらもＩBｄとなり、等しい。
したがって（１６）の答は③
問６
導体棒ａが動き始めたのちの、導体棒ａ、ｂの速度と時間の関係を表すグラフとして最も適当なものを、次の①〜④のうちから一つ選べ。ただし、速度の向きは図２の右向きを正とする。
引用元: ２０２１年度共通テスト物理 第２問 問６
実験開始後からしばらくは、導体棒ａ下図のように導体棒ａには左向き、導体棒ｂには右向きの力が働くので、導体棒ａは減速して、導体棒ｂは加速していく。
このことから①②は適さない。
また問５より力の向きが反対の同じ大きさの力が加わるということは、導体棒ａ、ｂに掛かる力積の和は０なので、運動量保存の法則が成り立つ。したがって導体棒ａ、ｂの質量をｍとすると
よって（１７）の答は③
共通テスト物理2021年度／第3問 解説①（全反射と屈折の法則）に続く
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