電験三種 平成21年度(2009) 理論 問12 過去問解説

問12 《電子の運動(磁界中・電界中の電子の軌跡)》
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($0^\circ \lt \theta \lt 90^\circ$)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($0^\circ \lt \theta \lt 90^\circ$)で突入したとき,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。
問12の図
  1. (1) (ア)反対,(イ)らせん,(ウ)反対,(エ)放物線
  2. (2) (ア)直角,(イ)円,(ウ)同じ,(エ)円
  3. (3) (ア)同じ,(イ)円,(ウ)直角,(エ)放物線
  4. (4) (ア)反対,(イ)らせん,(ウ)同じ,(エ)円
  5. (5) (ア)直角,(イ)らせん,(ウ)反対,(エ)放物線
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正解は(5)
解説
【考え方】磁界から受ける力は「進む向きにも磁界にも直角」、電界から受ける力は「電界の向きにそった一定の力」です。 覚えるポイント:磁界中の電子に働く力(ローレンツ力) $F = evB\sin\theta$、電界中の電子に働く力 $F = eE$(e:電子の電荷[C]、v:速さ[m/s]、B:磁束密度[T]、E:電界[V/m]) ■1 (ア)(イ) 磁界の中 磁界から受ける力は、進む向きにも磁界の向きにも直角です。→ (ア) 直角 速さを「磁界と直角な成分」と「磁界と同じ向きの成分」に分けます。 直角な成分で円を描き、同じ向きの成分で進むので、らせんになります。→ (イ) らせん ■2 (ウ) 電界の中の力の向き 電子はマイナスの電荷なので、電界の向きと反対向きの力を受けます。→ (ウ) 反対 ■3 (エ) 電界の中の軌跡 一定の力を受けながら進むので、投げたボールのような放物線を描きます。→ (エ) 放物線 答えは(5)ピヨ。
出典:平成21年度(2009) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問12