磁界中で電流が受ける力の向きを考える
二つの模式図と五つの架空の観察で、電流・磁界・力の向きを読む14問と六つの記述課題です。
学年・内容の目安 中学校第2学年「理科」の磁界中の電流を考える補助教材。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
中学校理科第1分野(3)ア(イ)㋑「磁界中の電流が受ける力」の、電流・磁界・力の向きの関係を考える補助教材です。
解説を読む
磁石が作る磁界の中で、電流が流れる導線は力を受けることがあります。磁界、電流、導線に働く力の三つの向きを分けましょう。磁界か電流のどちらか一つを逆にした場合と、両方を逆にした場合を比べます。
必要な予備知識
磁石のN極・S極、紙面の手前と奥、互いに垂直な方向を使います。
- 磁極の間では、磁界の向きをN極からS極へと読む。
- 磁界と電流が直角のときは、左手の人差し指を磁界、中指を電流に合わせ、親指で力の向きを読む。
- 磁界か電流の一方だけを逆にすると力も逆になる。両方を逆にすると力は同じ向きになる。
- まっすぐな導線の電流が磁界と平行なら、この磁界による力は働かない。
解き方の例
磁界が紙面の右、電流が上向きなら、導線が受ける力は紙面の奥向きです。
よくある間違い
- N極とS極の間の磁界の向きを逆に読む。
- 力は電流や磁界と同じ向きになると考える。
- 磁界と電流を両方とも逆にすると、力も必ず逆になると考える。
観察と考え方を講師と確かめる
選択では磁界と電流を先に確認し、紙面の向きと力を区別します。記述では、一方を変えたのか両方を変えたのかを図か言葉で示します。
磁石の間の導線部分を扱う模式図です。磁界や電流の強さから力の大きさを計算する課題ではありません。作図は自動採点しません。
読む文章・資料
左右の磁極と上向きの電流
図ではN極が左、S極が右です。その間の直線導線には紙面の下から上へ電流が流れます。導線の中央の部分に働く力を考えます。
一つだけ逆にする
最初は磁界が右向き、電流が紙面の上向きで、導線が奥向きの力を受けます。実験Aでは電流だけを下向きにします。実験Bでは最初の状態に戻して、磁界だけを左向きにします。
二つを逆にする
最初は磁界が右向き、電流が上向きで、力は紙面の奥向きです。そこから磁界を左向きに、電流を下向きに、同時に変えます。
紙面を通る電流
図の矢印のように磁界は右向きです。導線は紙面を垂直に通り、電流は紙面の奥から手前に流れます。図の黒い点は手前向きの電流を表します。
電流を磁界に沿わせる
磁界は右向きのままです。直線導線の調べる部分を磁界と平行にして、電流を右向きに流します。別の試行では、電流が紙面の上を向くように導線のその部分を置きます。
実験メモから逆転を確かめる
磁界を右向きに保ち、導線は紙面に垂直のまま固定します。最初に電流を紙面の奥へ流したところ、導線が下向きの力を受けました。切り替えた後、導線は上向きの力を受けました。電流の大きさは変えていません。
コイルの二本の辺
長方形コイルの左辺と右辺を紙面で上下に置きます。両方の辺があるところで磁界は右向きです。左辺の電流は上向きで、右辺の電流は下向きです。ここではその二辺に働く力だけを比べます。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：左右の磁極と上向きの電流
二つの磁極の間で、磁界の向きはどれですか。
- 左向き
- 右向き
- 紙面の上向き
答えと解説
右向き
この図では左がN極、右がS極なので、磁極の間では右向きです。
資料：左右の磁極と上向きの電流
図の中央の導線は、どちら向きの力を受けますか。
- 紙面の手前
- 紙面の右
- 紙面の奥
答えと解説
紙面の奥
左手の人差し指を右へ、中指を上へ合わせると、親指は紙面の奥を向きます。
資料：一つだけ逆にする
実験Aで導線が受ける力はどちら向きですか。
- 紙面の手前
- 紙面の奥
- 紙面の下
答えと解説
紙面の手前
電流だけを逆にしたので、力も奥向きから手前向きに変わります。
資料：一つだけ逆にする
実験Bの力を、実験Aの力と比べるとどうなりますか。
- 実験Bは奥向き、実験Aは手前向きになる。
- AとBは同じく手前向きになる。
- 実験Bでは力が0で、実験Aでは手前向きになる。
答えと解説
AとBは同じく手前向きになる。
AでもBでも、最初の状態から一つだけ向きを逆にしています。
資料：二つを逆にする
二つの向きを同時に変えた後の力はどちら向きですか。
- 紙面の手前
- 紙面の左
- 紙面の奥
答えと解説
紙面の奥
二つの向きを逆にすると、力の向きは最初と同じになります。
資料：二つを逆にする
この結果を説明したものはどれですか。
- 一方を逆にするたびに力も逆になるので、二つを逆にすると最初の向きに戻る。
- 磁界と電流が同じ方向を向くため、力は0になる。
- 力は磁界の向きで決まり、電流を変えても向きは変わらない。
答えと解説
一方を逆にするたびに力も逆になるので、二つを逆にすると最初の向きに戻る。
磁界を変えた効果と電流を変えた効果を、一つずつ逆にして考えます。
資料：紙面を通る電流
図の状態で導線が受ける力はどちら向きですか。
- 紙面の下
- 紙面の上
- 紙面の手前
答えと解説
紙面の上
左手の人差し指を右へ、中指を手前へ合わせると、親指は上を向きます。
資料：紙面を通る電流
磁界を保ち、電流を紙面の奥へ向けた場合の力はどれですか。
- 紙面の右向き
- 紙面の下向き
- 紙面の上向き
答えと解説
紙面の下向き
電流だけを逆にするため、力は上向きから下向きに変わります。
資料：電流を磁界に沿わせる
最初に電流を磁界と同じ右向きに流すとどうなりますか。
- この磁界から、右向きの力を受ける。
- この磁界から、紙面の奥向きの力を受ける。
- この磁界による力は働かない。
答えと解説
この磁界による力は働かない。
調べる直線部分の電流が磁界と平行なので、この磁界による力はありません。
資料：電流を磁界に沿わせる
別の試行で電流を紙面の上へ向けると、力はどうなりますか。
- 紙面の奥向きになる。
- 電流が上向きなので力も上向きになる。
- 磁界の向きが同じなので力は働かない。
答えと解説
紙面の奥向きになる。
電流は磁界と垂直になりました。磁界が右、電流が上なので力は奥向きです。
資料：実験メモから逆転を確かめる
切り替えた後の電流の向きはどれですか。
- 紙面の奥向き
- 紙面の手前向き
- 紙面の右向き
答えと解説
紙面の手前向き
右向きの磁界のまま、力が下から上に逆転したので、電流は奥向きから手前向きに変わりました。
資料：実験メモから逆転を確かめる
この観察で、そろえていた条件はどれですか。
- 磁界の向きと、電流の大きさ。
- 電流の向きと、力の向き。
- 導線が受けた力の向きと、磁界の向き。
答えと解説
磁界の向きと、電流の大きさ。
磁界の向きと電流の大きさは保ちました。電流と力の向きが変わったことを分けます。
資料：コイルの二本の辺
コイルの左辺と右辺が受ける力はどれですか。
- 左辺は手前、右辺は奥。
- 左辺も右辺も奥。
- 左辺は奥、右辺は手前。
答えと解説
左辺は奥、右辺は手前。
右向きの磁界の中で、左辺の電流は上、右辺は下なので、力も逆向きになります。
資料：コイルの二本の辺
磁界を保ち、コイルの電流全体を逆にするとどうなりますか。
- 左辺の力は逆になり、右辺に働く力の向きは変わらない。
- 両方の辺で力が反対向きに変わる。
- 両方の辺で同じ向きの力を受ける。
答えと解説
両方の辺で力が反対向きに変わる。
各辺で電流の向きが逆になるため、それぞれの力の向きが逆になります。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：左右の磁極と上向きの電流
図に磁界・電流・力の向きを書き込むか、三つの向きを言葉で説明しましょう。
答えと解説
磁界は左のN極から右のS極へ向かい、電流は下から上へ流れます。左手の人差し指を右、中指を上にすると、親指は紙面の奥を向きます。力は奥向きです。
紙面上の上下と、紙面に垂直な向きを区別します。
- 磁極の位置から磁界は右向き、電流は上向きと示す。
- 左手の人差し指と中指をそれぞれに合わせ、親指が示す力を紙面の奥向きとする。
資料：一つだけ逆にする
AとBで、何を変えて何を保ったかと、力の向きを説明しましょう。
答えと解説
Aでは磁界を右向きに保ち、電流を下に変えます。Bでは電流を上向きに保ち、磁界を左に変えます。どちらも一方だけを逆にしたので、力は最初と反対の手前向きです。
Bは最初の状態から始めたことに注意します。
- Aでは電流だけ、Bでは磁界だけを逆向きにしたと区別する。
- 一方だけを逆にしたどちらの場合も、力は最初と反対の手前向きと示す。
資料：二つを逆にする
二つの向きを同時に逆にしたときの力を、一つずつ変えた場合を使って説明しましょう。
答えと解説
最初の力は奥向きです。電流だけを逆にした途中の状態を考えると、力は手前向きになります。さらに磁界を逆にすると力ももう一度逆になり、奥向きに戻ります。
磁界から先に変えて考えても同じ結果です。
- 電流を逆にした途中の段階で、力も奥から手前へ反転すると示す。
- 磁界も逆にすると力はもう一度反転し、奥向きに戻ると説明する。
資料：紙面を通る電流
図の黒い点が何を表すかと、導線が受ける力の向きを説明しましょう。
答えと解説
黒い点は電流が紙面の奥から手前に向くことを示します。磁界は右向きなので、左手で磁界と電流を合わせると、力は紙面の上向きになります。
点は力の向きを表す記号ではありません。
- 黒い点の記号を、紙面の奥から手前へ流れる電流と読む。
- 右向きの磁界と手前向きの電流に左手を合わせ、力を上向きと示す。
資料：電流を磁界に沿わせる
電流と磁界が平行なときと垂直なときで、力を比べましょう。
答えと解説
電流も磁界も右向きのとき、直線導線にはこの磁界による力は働きません。電流を上に向けると磁界と垂直になり、導線は紙面の奥へ力を受けます。
どちらの試行も磁界は右向きです。
- 電流と磁界が右向きで平行なら、この磁界による力は働かないと示す。
- 電流を上向きにすると磁界と垂直になり、力は奥向きになると示す。
資料：実験メモから逆転を確かめる
電流を切り替えた後の向きと、その判断に使った記録を書きましょう。
答えと解説
磁界は右向きで同じです。最初の奥向きの電流では力が下向きでした。切り替えて力が上向きに変わったので、電流が奥向きから手前向きになったと分かります。
電流の大きさを変えたという説明ではありません。
- 磁界を右向きに保ち、力が下向きから上向きになったと示す。
- 磁界を変えていないため、電流が奥向きから手前向きに反転したと説明する。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 磁界中で電流が受ける力の向きを考える
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/reason-about-the-direction-of-force-on-a-current-in-a-magnetic-field/
選択では磁界と電流を先に確認し、紙面の向きと力を区別します。記述では、一方を変えたのか両方を変えたのかを図か言葉で示します。
読む文章・資料
左右の磁極と上向きの電流
図ではN極が左、S極が右です。その間の直線導線には紙面の下から上へ電流が流れます。導線の中央の部分に働く力を考えます。
一つだけ逆にする
最初は磁界が右向き、電流が紙面の上向きで、導線が奥向きの力を受けます。実験Aでは電流だけを下向きにします。実験Bでは最初の状態に戻して、磁界だけを左向きにします。
二つを逆にする
最初は磁界が右向き、電流が上向きで、力は紙面の奥向きです。そこから磁界を左向きに、電流を下向きに、同時に変えます。
紙面を通る電流
図の矢印のように磁界は右向きです。導線は紙面を垂直に通り、電流は紙面の奥から手前に流れます。図の黒い点は手前向きの電流を表します。
電流を磁界に沿わせる
磁界は右向きのままです。直線導線の調べる部分を磁界と平行にして、電流を右向きに流します。別の試行では、電流が紙面の上を向くように導線のその部分を置きます。
実験メモから逆転を確かめる
磁界を右向きに保ち、導線は紙面に垂直のまま固定します。最初に電流を紙面の奥へ流したところ、導線が下向きの力を受けました。切り替えた後、導線は上向きの力を受けました。電流の大きさは変えていません。
コイルの二本の辺
長方形コイルの左辺と右辺を紙面で上下に置きます。両方の辺があるところで磁界は右向きです。左辺の電流は上向きで、右辺の電流は下向きです。ここではその二辺に働く力だけを比べます。
資料：左右の磁極と上向きの電流
二つの磁極の間で、磁界の向きはどれですか。
- 左向き
- 右向き
- 紙面の上向き
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：左右の磁極と上向きの電流
図の中央の導線は、どちら向きの力を受けますか。
- 紙面の手前
- 紙面の右
- 紙面の奥
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：一つだけ逆にする
実験Aで導線が受ける力はどちら向きですか。
- 紙面の手前
- 紙面の奥
- 紙面の下
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：一つだけ逆にする
実験Bの力を、実験Aの力と比べるとどうなりますか。
- 実験Bは奥向き、実験Aは手前向きになる。
- AとBは同じく手前向きになる。
- 実験Bでは力が0で、実験Aでは手前向きになる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つを逆にする
二つの向きを同時に変えた後の力はどちら向きですか。
- 紙面の手前
- 紙面の左
- 紙面の奥
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つを逆にする
この結果を説明したものはどれですか。
- 一方を逆にするたびに力も逆になるので、二つを逆にすると最初の向きに戻る。
- 磁界と電流が同じ方向を向くため、力は0になる。
- 力は磁界の向きで決まり、電流を変えても向きは変わらない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：紙面を通る電流
図の状態で導線が受ける力はどちら向きですか。
- 紙面の下
- 紙面の上
- 紙面の手前
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：紙面を通る電流
磁界を保ち、電流を紙面の奥へ向けた場合の力はどれですか。
- 紙面の右向き
- 紙面の下向き
- 紙面の上向き
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電流を磁界に沿わせる
最初に電流を磁界と同じ右向きに流すとどうなりますか。
- この磁界から、右向きの力を受ける。
- この磁界から、紙面の奥向きの力を受ける。
- この磁界による力は働かない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電流を磁界に沿わせる
別の試行で電流を紙面の上へ向けると、力はどうなりますか。
- 紙面の奥向きになる。
- 電流が上向きなので力も上向きになる。
- 磁界の向きが同じなので力は働かない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：実験メモから逆転を確かめる
切り替えた後の電流の向きはどれですか。
- 紙面の奥向き
- 紙面の手前向き
- 紙面の右向き
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：実験メモから逆転を確かめる
この観察で、そろえていた条件はどれですか。
- 磁界の向きと、電流の大きさ。
- 電流の向きと、力の向き。
- 導線が受けた力の向きと、磁界の向き。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：コイルの二本の辺
コイルの左辺と右辺が受ける力はどれですか。
- 左辺は手前、右辺は奥。
- 左辺も右辺も奥。
- 左辺は奥、右辺は手前。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：コイルの二本の辺
磁界を保ち、コイルの電流全体を逆にするとどうなりますか。
- 左辺の力は逆になり、右辺に働く力の向きは変わらない。
- 両方の辺で力が反対向きに変わる。
- 両方の辺で同じ向きの力を受ける。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：左右の磁極と上向きの電流
図に磁界・電流・力の向きを書き込むか、三つの向きを言葉で説明しましょう。
資料：一つだけ逆にする
AとBで、何を変えて何を保ったかと、力の向きを説明しましょう。
資料：二つを逆にする
二つの向きを同時に逆にしたときの力を、一つずつ変えた場合を使って説明しましょう。
資料：紙面を通る電流
図の黒い点が何を表すかと、導線が受ける力の向きを説明しましょう。
資料：電流を磁界に沿わせる
電流と磁界が平行なときと垂直なときで、力を比べましょう。
資料：実験メモから逆転を確かめる
電流を切り替えた後の向きと、その判断に使った記録を書きましょう。
解答: 磁界中で電流が受ける力の向きを考える
右向き
この図では左がN極、右がS極なので、磁極の間では右向きです。
紙面の奥
左手の人差し指を右へ、中指を上へ合わせると、親指は紙面の奥を向きます。
紙面の手前
電流だけを逆にしたので、力も奥向きから手前向きに変わります。
AとBは同じく手前向きになる。
AでもBでも、最初の状態から一つだけ向きを逆にしています。
紙面の奥
二つの向きを逆にすると、力の向きは最初と同じになります。
一方を逆にするたびに力も逆になるので、二つを逆にすると最初の向きに戻る。
磁界を変えた効果と電流を変えた効果を、一つずつ逆にして考えます。
紙面の上
左手の人差し指を右へ、中指を手前へ合わせると、親指は上を向きます。
紙面の下向き
電流だけを逆にするため、力は上向きから下向きに変わります。
この磁界による力は働かない。
調べる直線部分の電流が磁界と平行なので、この磁界による力はありません。
紙面の奥向きになる。
電流は磁界と垂直になりました。磁界が右、電流が上なので力は奥向きです。
紙面の手前向き
右向きの磁界のまま、力が下から上に逆転したので、電流は奥向きから手前向きに変わりました。
磁界の向きと、電流の大きさ。
磁界の向きと電流の大きさは保ちました。電流と力の向きが変わったことを分けます。
左辺は奥、右辺は手前。
右向きの磁界の中で、左辺の電流は上、右辺は下なので、力も逆向きになります。
両方の辺で力が反対向きに変わる。
各辺で電流の向きが逆になるため、それぞれの力の向きが逆になります。
記述問題の解答・確認の観点
資料：左右の磁極と上向きの電流
図に磁界・電流・力の向きを書き込むか、三つの向きを言葉で説明しましょう。
磁界は左のN極から右のS極へ向かい、電流は下から上へ流れます。左手の人差し指を右、中指を上にすると、親指は紙面の奥を向きます。力は奥向きです。
紙面上の上下と、紙面に垂直な向きを区別します。
- 磁極の位置から磁界は右向き、電流は上向きと示す。
- 左手の人差し指と中指をそれぞれに合わせ、親指が示す力を紙面の奥向きとする。
資料：一つだけ逆にする
AとBで、何を変えて何を保ったかと、力の向きを説明しましょう。
Aでは磁界を右向きに保ち、電流を下に変えます。Bでは電流を上向きに保ち、磁界を左に変えます。どちらも一方だけを逆にしたので、力は最初と反対の手前向きです。
Bは最初の状態から始めたことに注意します。
- Aでは電流だけ、Bでは磁界だけを逆向きにしたと区別する。
- 一方だけを逆にしたどちらの場合も、力は最初と反対の手前向きと示す。
資料：二つを逆にする
二つの向きを同時に逆にしたときの力を、一つずつ変えた場合を使って説明しましょう。
最初の力は奥向きです。電流だけを逆にした途中の状態を考えると、力は手前向きになります。さらに磁界を逆にすると力ももう一度逆になり、奥向きに戻ります。
磁界から先に変えて考えても同じ結果です。
- 電流を逆にした途中の段階で、力も奥から手前へ反転すると示す。
- 磁界も逆にすると力はもう一度反転し、奥向きに戻ると説明する。
資料：紙面を通る電流
図の黒い点が何を表すかと、導線が受ける力の向きを説明しましょう。
黒い点は電流が紙面の奥から手前に向くことを示します。磁界は右向きなので、左手で磁界と電流を合わせると、力は紙面の上向きになります。
点は力の向きを表す記号ではありません。
- 黒い点の記号を、紙面の奥から手前へ流れる電流と読む。
- 右向きの磁界と手前向きの電流に左手を合わせ、力を上向きと示す。
資料：電流を磁界に沿わせる
電流と磁界が平行なときと垂直なときで、力を比べましょう。
電流も磁界も右向きのとき、直線導線にはこの磁界による力は働きません。電流を上に向けると磁界と垂直になり、導線は紙面の奥へ力を受けます。
どちらの試行も磁界は右向きです。
- 電流と磁界が右向きで平行なら、この磁界による力は働かないと示す。
- 電流を上向きにすると磁界と垂直になり、力は奥向きになると示す。
資料：実験メモから逆転を確かめる
電流を切り替えた後の向きと、その判断に使った記録を書きましょう。
磁界は右向きで同じです。最初の奥向きの電流では力が下向きでした。切り替えて力が上向きに変わったので、電流が奥向きから手前向きになったと分かります。
電流の大きさを変えたという説明ではありません。
- 磁界を右向きに保ち、力が下向きから上向きになったと示す。
- 磁界を変えていないため、電流が奥向きから手前向きに反転したと説明する。