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【高校物理】磁気分野⑥　　　　　　　　　　　「教科書も間違えている」(増補改訂)

マナ物理

【教科書も間違えている１】
（問題のある問題）大阪市立大学(1995年)
  過去問解説 ＆ マナブ問題
（ブランコの加速についての考察）

よく見かける問題で，特に疑問にも思わない人がほとんどでしょうが，
ホール効果を理解した人であれば，
以下の問題が「問題のある問題」であることが分かります。
「教科書に書いてあることが間違えている」
ということが明らかになるのです。
どこに問題あるのか，いっしょに考えていきましょう！

大阪市立大学の問題の途中，「ブランコの加速」について問われています。「ブランコ」については，加速原理を後ほど
（力学分野の問題として）詳しく語る予定ですが，
手始めにその導入としてこんな問題をつくりました。
近似式の知識が必要になります。トライしてみてください！

私がどこにひっかかっているのか，問１の解説に書いておきました。
問マ（マナブ問題）を解いた結果を見ると，
もっとも効率の良いブランコを加速するタイミングを
我々(子どもたちも！)が知っているということに驚きます。


【教科書も間違えている２】
（問題のある問題＆解答＆現状 そして 検討）

何が問題なのかを整理しておきます。
● 電流が磁場から受ける力（アンペール力，電磁力）を考えるとき，
磁束密度は導線(金側棒)の周りの透磁率を用いて求めます。
通常は真空の透磁率。
● 自由電子が受けるローレンツ力を考えるとき，
自由電子は導線(金属棒)の中にあるので，
本来であればその導線を構成している物質の透磁率を
使用しなければならないはずなのですが，
教科書（参考書）ではなぜか，真空の透磁率を用いています。
● ２つ目のツイートの添付ファイルを見ると，
自由電子に働くローレンツ力によって，
アンペール力が生じるのではなく，「ホール電圧」が生じます。
では，アンペール力の源はどこにあるのでしょうか？

下のツイートで紹介している書籍は2013年に出版されたものです。
定価は2700円(＋税)です。
絶版ですが，amazon などで中古で安価で手に入れられるようです
（2021年6月9日現在）。
小林香織さんの論文の他にも，
「日なたに置いた金属はなぜあんなに熱くなるのか？」（津村加奈さん）
「水の温度を聞き分けられるか」（伊知地直樹さん）
「変動する磁場はどのようにして金属を加熱するのか」（川田敬太さん）
など，タイトルを見ただけで確実に面白そうだ
と考えられるものがたくさんあります。
是非，手に入れて読んでみてください。

どの教科書，参考書を見ても同じ説明でうんざりします…。
「ローレンツ力」の直後に「ホール効果」を配置しているものも多く，
もしかしたら確信犯なのかな？ と勘繰ったりしています(笑)


【もう１問解いてほしい問題があります】

磁気分野③「電流が磁場から受ける力」の中で解説をした
徳島大学(2015年)の過去問です。ここまで読み進めた君たちなら，
最後の問５が出題ミスであることが分かると思います。
問５については，出題者が欲しているだろう解答を示しましたが，
この問題はカットすべきだと個人的には考えています。


【アンペール力をつかった手品】
（ハンドパワー）

最後にハンドパワーをお見せしましょう！
遊び(もしくはマジック)でこの実験を紹介する人は多いのですが，
残念ながら動く原理まで詳しく述べている人はほとんどいません。
いきなり解説をみるのではなく，現象を見て，
まずは自分なりの考察をしてみましょう。


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