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中学理科・高校入試理科の『磁界』がみるみる分かる!必勝の攻略法!

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中学2年の理科で「磁界」について学びます。

磁界は目には見えないものですが、試験ではそれをどのように理解するのかが問われています。

また、磁界の問題は高校入試で頻出ですから是非とも得点できるようにしておきたいです。

当ページでは磁界の勉強法を解説します。ここで磁界の問題の解法を身につけて定期テスト、入試で高得点を目指しましょう。

磁界とは

磁石が引きつけたり、しりぞけあったりするのを見たことがあるでしょう。

また、砂鉄が磁石によって線を描いて分布するのを見たことがあるかもしれません。

これらの現象は、目には見えない「磁界」というものがあることを示しています。

その「磁界」について中学理科で学びます。

都立入試における磁界の出題傾向

高校入試理科で磁界がどのように出題されるのか見てみましょう。ここでは都立入試を例にとって解説します。

過去5年で4回の出題実績、頻出!

都立入試理科を過去5年間分振り返ってみます。

  • 令和3年⑥電流が作る磁場、電磁誘導、電流が磁界から受ける力
  • 令和2年なし
  • 平成31年①問3コイルに電流を流したときに生じる磁界
  • 平成30年⑥電流と磁界、電磁誘導、磁界が電流に及ぼす力
  • 平成29年①問4電流の向きと磁界の向き

過去5年間で4回も出題されています。かなり頻出だと言えるでしょう。

磁界の問題は確実に得点したい

頻出の磁界で得点できないとライバルに差をつけられます。

逆に確実に得点できれば有利になります。ですから磁界はしっかり学んでおきましょう。

以下で磁界について解説しますのでよく読んでください。

中学理科の「磁界」で押さえておくべき事項

磁界について学ぶ事項は以下のようになります。

  • 磁力
  • 磁界とは
  • 磁界の向き
  • 磁力線
  • 磁石が作る磁界
  • 電流が作る磁界「右ねじの法則」
  • 磁界の強さ
  • 電流が磁界から受ける力「フレミングの左手の法則」

磁力

磁石と磁石の間ではたらく力を「磁力」といいます。

具体的には、N極とS極は引きつけ合い、N極同士、S極同士はしりぞけ合います。

磁界とは

この磁力がはたらく空間には「磁界」という目には見えないものがあります。

N極・S極同士の反応によって認識できる磁力のように、目に見えるものだけが存在するわけではないのですね。

磁界の向き

磁界に方位磁針を置くと、磁力によって針が特定の向きを指します。このとき、N極が指す向きを「磁界の向き」といいます。

磁力線

ある空間において磁界がどのような様子をしているのかを線で表したものを「磁力線」と言います。

紙の上に砂鉄をばら撒いて下から磁石を近づけると、砂鉄が線状に分布するのを見たことがあるでしょう。あの線が磁力線です。

磁石が作る磁界

棒磁石が作る磁界がどのようなものか調べてみましょう。

具体的には、棒磁石の周辺に方位磁針を置いてみて、そのN極が指す向きをつなぐのです。すると次のような磁力線が描かれます。

矢印で磁界の向きを表しています。磁力線はすべて「N極から出て、S極へ入る」という向きです。これはとても大切なことなのでしっかり覚えてください。

上記の図に方位磁針を重ねてみると次のようになります。

電流が作る磁界「右ねじの法則」

磁界を作るのは磁石だけではなくて、電流も磁界を作ります。

ここでは、真っ直ぐな導線を流れる電流(直線電流)が作る磁界とコイルを流れる電流が作る磁界を考えましょう。

直線電流が作る磁界

直線電流の周りには、電流の位置を中心とする等心円状に磁界ができます

直線電流の磁界の向きは電流の向きで決まります。その決め方を「右ネジの法則」といいます。

右ネジはやや難しいので、ここでは「右手の法則」に置き換えましょう。

問題で直線電流を与えられたら、4本指を握り、親指を立てます。

親指の向きを直線電流の向きに重ねたら、4本指の向きが磁界の向きです。

コイルを流れる電流が作る磁界

導線をぐるぐる巻きにしたものを「コイル」といいます。入試では、コイルに電流を流したときどのような磁界ができるかをよく問われます。

図のような磁界ができます。

電流と磁界の向きの関係を問われたら、右ネジの法則(右手の法則)で判断します。

コイルを流れる電流が与えられたら、その電流の向きと4本指を重ねます。そのとき親指の向きが磁界の向きです。

ちなみに、直線電流のときは親指が電流の向きでしたが、コイルでは親指が磁界の向きです。注意が必要ですね。

磁界の強さ

磁界には強さがあります。磁石に強い磁力を及ぼす磁界ほど強い磁界です。

電流が作る磁界の場合、電流が大きいほど強い磁界ができます。

またコイルでは、コイルの巻き数が大きいほど強い磁界ができます。コイルの芯に鉄心を入れることでも強い磁界が得られます。

電流が磁界から受ける力「フレミングの左手の法則」

磁界の作用として、磁石に力を及ぼすことが挙げられますが、もうひとつあります。

磁界のある空間に電流が流れると、電流は磁界から力を受けるのです。

フレミングの左手の法則

このとき、電流が磁界から受ける力の向きには法則性があります。それは「フレミングの左手の法則」と呼ばれています。

左手の親指、人差し指、中指を図のように互いに直角に曲げて、中指を電流の向き、人差し指を磁界の向きに合わせると、親指の向きが力がはたらく向きです。

電流が磁界から受ける力を大きくする方法

電流が磁界から受ける力を大きくする方法は2つあります。

  1. 電流を大きくする
  2. 磁界を強くする

実際にどのような問題が出題されるのか

(例題)図のように、固定された台に導線を通し方位磁針をおいた。導線に電流を流したとき方位磁針の針は図のように振れた(ただし黒く塗りつぶした針がN極)。

導線に流れた電流の向きと台上の導線の周りにできた磁界の向きを正しく表したものを、図ア〜エから選択せよ。

(解答)
方位磁針のN極が指した向きが磁界の向きでした。したがって磁界の向きを正しく表しているのはイまたはエです。その磁界の向きに右手の法則を適用するとイが正しいことが分かります。

正解はイです。

このように、磁界の問題は図を正しく読み取れることが大切です。

磁界の勉強方法について

磁界について学ぶとき、押さえておくべきことは次のことです。

  • 磁石が作る磁界の向きはN極からS極
  • 電流が作る磁界は右ねじの法則(右手の法則)
  • 電流が磁界から受ける力はフレミングの左手の法則
  • 磁石や電流が描かれた図を見て磁界の様子や電流が磁界から受ける力が分かるようにする

磁石が作る磁界の向きはN極からS極

磁石が作る磁界の向きは「N極からS極の向き」です。磁力線がN極から出てS極に入るということですね。

電流が作る磁界は右ねじの法則(右手の法則)

電流が作る磁界は、直線電流が作る磁界とコイルを流れる電流が作る磁界の2つを覚えましょう。ともに右ネジの法則(右手の法則)で向きが決まります。

直線電流が作る磁界の向き(下図)

コイルを流れる電流が作る磁界の向き(下図)

電流が磁界から受ける力はフレミングの左手の法則

磁界は電流に力を及ぼします。その力の向きはフレミングの左手の法則で決まります。

磁石や電流が描かれた図を見て磁界の様子、電流が磁界から受ける力の向きが分かるようにする

磁界の問題の出題方法として多いのは、磁石や電流の図が与えられそれを見て磁界の向きや力の向きを答えよ、というものです。

それができるようになるためには、練習問題を繰り返して、図から磁界の様子や力の向きを判断できるようにしておきましょう。

まとめ

入試で磁界の問題は頻出です。

特に試験では、図を見て磁界の様子(磁力線)や電流が磁界から受ける力の向きを読み取れるようにしておくことで周囲と差をつけることができるでしょう。

他には、以下のようなポイントを押さえつつしっかり対策しておくと効果的です。

  • 磁石や電流は目には見えない「磁界」を作る
  • 磁石が作る磁界はN極からS極の向きである
  • 電流が作る磁界の向きは右ネジの法則(右手の法則)で決まる
  • 電流は磁界から力を受ける
  • 電流が磁界から受ける力の向きはフレミングの左手の法則で決まる

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監修者|橋本拓磨

橋本拓磨

東京大学法学部を卒業。在学時から学習塾STRUXの立ち上げに関わり、教務主任として塾のカリキュラム開発を担当してきた。現在は塾長として学習塾STRUX・学習塾SUNゼミの運営を行っている。勉強を頑張っている学生に受験を通して成功体験を得て欲しいという思いから勉強効率や勉強法などを届けるWEBメディアの監修を務めている。

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