物理学の問題で、真空放電管における陰極線にU時型磁石を近づけると光の筋が曲がる現象を観察することができます。この現象の原理は、力が電流を流す物体に与える影響を示しています。この記事では、この現象と同じ原理で起こる物理現象を解説し、与えられた選択肢の中から正しい答えを導きます。
陰極線とU時型磁石による光の筋の曲がり
真空放電管における陰極線は、電子の流れです。これにU時型磁石を近づけると、電子の流れに磁場が作用し、ローレンツ力によって電子の進行方向が曲げられます。この現象は、磁場中を移動する荷電粒子の動きを示すものであり、電流と磁場の相互作用を視覚的に観察する方法です。
この原理は、電流の方向と磁場の方向が垂直な場合に、電子や荷電粒子が直線的に進行する代わりに曲がることを示しています。この現象は、物理学における基本的な法則である右手の法則を使って理解できます。
選択肢の分析
質問の選択肢を見てみましょう。
- ア: モーターに電流を流すと回転した。
- イ: コイルに電気を流すと鉄を引き付けた。
- ウ: 摩擦したストローとアクリルパイプが引きあった。
- エ: 静電気発生装置の上に乗せたぬいぐるみの毛が逆立った。
これらの中で、陰極線とU時型磁石の現象と同じ原理で起こる現象は「ア: モーターに電流を流すと回転した。」です。モーターでは、電流がコイルに流れ、磁場と相互作用してコイルを回転させます。この原理は、陰極線の曲がりと同様に、電流と磁場の相互作用によるものです。
力の作用と電流の関係
モーターの動作原理は、陰極線における現象と同様に、磁場による力が電流を流す導体に作用して回転を生じさせるものです。ここで重要なのは、磁場と電流の相互作用です。ローレンツ力が働き、磁場が電流の進行方向を曲げるか、回転させることで運動が生まれます。
このように、物理学では電流と磁場の相互作用が多くの現象において共通する原理となっています。
その他の選択肢について
他の選択肢である「イ: コイルに電気を流すと鉄を引き付けた」や「ウ: 摩擦したストローとアクリルパイプが引きあった」「エ: 静電気発生装置の上に乗せたぬいぐるみの毛が逆立った」は、電磁気学や静電気に関連する現象ですが、陰極線とU時型磁石の現象とは異なる原理に基づいています。これらはそれぞれ異なる力（例えば、静電気力や引力）が作用するため、ローレンツ力に基づく現象とは関係ありません。
まとめ
真空放電管で陰極線にU時型磁石を近づけると光の筋が曲がる現象は、電流と磁場の相互作用によるものです。この原理と同じように働く現象は、「モーターに電流を流すと回転した」といったものです。これにより、選択肢「ア」が正解であることがわかります。
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