難易度
磁界中・電界中の電子の動きに関する知識問題です。
問題の図で少々身構えてしまいますが、しっかり読めば内容は高校物理レベルです。
磁界はフレミング左手の法則、電界はクーロン力について知っていれば、簡単に答えは出ます。
問題
図１のように、真空中において強さが一定で一様な磁界中に、速さ\(v[m/s]\)の電子が磁界の向きに対して\(\theta[°]\)の角度\(（0[°]＜θ[°]＜90[°]）\)で突入した。
この場合、電子は進行方向にも磁界の向きにも ア 方向の電磁力を常に受けて、その軌跡は イ を描く。
次に、電界中に電子を置くと、電子は電界の向きと ウ 方向の静電力を受ける。また、図２のように、強さが一定で一様な電界中に、速さ\(v[m/s]\)の電子が電界の向きに対して\(\theta[°]\)の角度\(（0[°]＜θ[°]＜90[°]）\)で突入した時、その軌跡は、 エ を描く。
上記の記述中の空白箇所（ア）、（イ）、（ウ）及び（エ）に当てはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
| (ア) | (イ) | (ウ) | (エ) | |
| (1) | 反 対 | らせん | 反 対 | 放物線 |
| (2) | 直 角 | 円 | 同 じ | 円 |
| (3) | 同 じ | 円 | 直 角 | 放物線 |
| (4) | 反 対 | らせん | 同 じ | 円 |
| (5) | 直 角 | らせん | 反 対 | 放物線 |
回答
答え
(５)
回答方針
フレミング左手の法則から
要点整理
フレミング左手の法則について
説明不要なレベルだとは思いますが、左手の形を上図の通りにしたとき、
中指：【電】流
人差し指：【磁】力
親指：【力】
の方向を指し示すので、電磁力と覚えるのが一般的だと思います。
クーロン力について
電界\(E\)の中にある電荷\(q\)が
正電荷\(q\)の場合は、電界\(E\)と同じ向きに\(F=qE\)のクーロン力が発生し、
負電荷\(-q\)の場合は、電界\(E\)と逆向きに\(F=qE\)のクーロン力が発生します。
電子\(e\)は、負電荷なので、電界\(E\)と逆向きにクーロン力が発生します。
要点整理の適用
ア
フレミング左手の法則から、電子は進行方向にも磁界の向きにも直角方向の電磁力を常に受けます。
イ
常に直角方向の電磁力を受け続けることから、
磁界の向きと垂直方向に円を描きます。
磁界の向きの方向に\(vcos\theta\)の速度で移動し続けます。
以上のことから、電子の移動方向を合わせると、らせんの軌跡を描きます。
ウ
電子の電荷は、負電荷であるため、電界の向きと逆方向に\(F=eE\)の大きさの静電力を受けます。
電界の向きと逆方向に\(F=eE\)の静電力を受けることで、電界の向きと逆方向に加速します。
電界の向きと垂直方向に\(vsin\theta\)の速度で移動し続けます。
以上のことから、電子の移動方向を合わせると、放物線の軌跡を描きます。
出典元
平成２１年度第三種電気主任技術者試験 理論科目Ａ問題問１２
参考書
イラストがとても多く、視覚的に理解しやすいので、初学者に、お勧めなテキストです。
問題のページよりも、解説のページ数が圧倒的に多い、初学者に向けの問題集です。
問題集は、解説の質がその価値を決めます。解説には分かりやすいイラストが多く、始めて電気に触れる人でも取り組みやすいことでしょう。
本ブログの管理人は、電験３種過去問マスタを使って電験３種を取りました。
この問題集の解説は、要点が端的にまとまっていて分かりやすいのでお勧めです。
ある程度学んで基礎がある人に向いています。
コメント