Googleフォームで公開中の『スマホでできる小テスト』の解説ページです。一度解いてみてからの学習に活用してください。
今回は電位と電場の分野です。
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まだ受験していない人はその１から受験しましょう．
問題１ 一様な電場
電気量$+Q$，$－Q$にそれぞれ帯電させた2枚の極板を向かい合わせた．極板間に図のように帯電した不導体A，Bを置く．不導体に帯電している＋と－の電荷の電気量は等しい．この不導体はどのような運動をするか．それぞれ答えよ．ただし，極板は十分に大きいものとする．
ア. 静止したままである
イ. 右に移動する
ウ. 左に移動する
エ. 時計回りに回転する
オ. 反時計回りに回転する
カ. イ〜オの選択肢を組み合わせた動きをする
解答 A：ア B：ア
一様な電場内なので，極板間のどこにいても不導体の持つ+の電荷と−の電荷が受ける力の大きさは同じである．
同じ大きさで向きが逆の力を受けて，力はつりあい静止したままとなる．
問題２ 一様な電場
電気量$+Q$，$－Q$にそれぞれ帯電させた2枚の極板を向かい合わせた．極板間に図のように帯電した不導体を置く．不導体に帯電している＋と－の電荷の電気量は等しい．この不導体はどのような運動をするか．ただし，極板は十分に大きいものとする．
ア. 静止したままである
イ. 右に移動する
ウ. 左に移動する
エ. 時計回りに回転する
オ. 反時計回りに回転する
カ. イ〜オの選択肢を組み合わせた動きをする
解答 エ
一様な電場内なので，不導体の持つ+の電荷と－の電荷が受ける力の大きさは等しいが，一直線上にないので，回転をしてしまう．
力の大きさが等しいので，左右への移動はなく，時計回りの回転だけを行う．このような力を偶力というのを思い出しておこう．
問題３ 電気力線の定義
下図は電場を電気力線で示したものである．点Pと点Qと点Rに電気量$+Q$の正電荷を置いたとき，正電荷の受ける力の大きい順にP，Q，Rを＞，＝を用いて並び替えよ．
解答 R ＞ P ＞ Q
電気力線の密度が高いところほど電場が強い（電気力線の定義）．
噛み砕いた表現をすると，電気力線の間隔が狭いと電場が強い．
よってR＞P＞Qとなる．
問題４ 一様電場内の電位
下図のa〜dの点について，電位が高い順番に＞，＝を用いて並び替えよ．ただし，左右の極板は十分に大きいものとする．
解答 a ＞ b = c > d
電位は高さ，電場は傾き，というイメージでどのような空間になっているかイメージしよう．左の極板が高い位置にあり，右の極板が低い位置にある．そして，電場が一定なので，一定の傾きで高さが下がっていく．
イメージをするのが難しかったら，等電位線を書いてみよう．等電位線は電気力線と必ず垂直にかかれるので，図のように書ける．
点線の部分は同じ電位となり，右に行くにつれて少しずつ下がっていく． このことから考えると，a > b = c > d となる．
問題５ 電気力線と電位
下図のa〜cの点について，電位が高い順番に＞，＝を用いて並び替えよ．ただし，矢印は電気力線を示している．
解答 a ＞ b = c
電気力線は電場の向きに書く線であり，高いところから低いところに向かってかかれるので上流の方にあるところほど電位が高い．また，電気力線と等電位線が垂直となることからbとcは等電位といえる．
よって，a > b = cとなる．
