電場と電位・コンデンサー（知識）の問題
はく検電器が負に帯電しており、はくは開いている。この状態から、次の操作 〜 をこの順に行った。
負に帯電したエボナイト棒を、はく検電器の金属板に触れないように上から近づけて止める。
エボナイト棒をそのままにして、金属板に指で触れる。
エボナイト棒をそのままにして、金属板から指をはなす。
エボナイト棒をはく検電器から十分に遠ざける。
操作 のあとのはく検電器のようすとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、エボナイト棒の電気量は操作の間に変化せず、はく検電器と空気の間で電荷の出入りはないものとする。
- ア はくは閉じていて、はく検電器全体は帯電していない。
- イ はくは開いていて、はくは正に帯電している。
- ウ はくは開いていて、はくは負に帯電している。
- エ はくは閉じていて、金属板だけが正に帯電している。
この問題で使うもの
- はく検電器のはたらき（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（6 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
静電誘導で、導体の中の電子が帯電体からどちらへ動くかを考えよう。また、指で触れると大地とつながること、指をはなすと全体の電気量が保存されることに注意しよう。
ヒント 2
負に帯電した棒を近づけたまま指で触れると、棒に反発された電子ははく検電器から大地へ逃げる。このとき金属板には、棒に引きつけられた電荷が残る。
ヒント 3
操作 の後、はく検電器全体の電気量は保存され、負ではない符号の電荷をもっている。このことから、ア・ウは除ける。棒を遠ざけたとき、その電荷が導体の中でどう分布するかを考えよう。
答えと解説
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イ
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解説を読む
はく検電器の金属部分（金属板・金属棒・はく）は導体で、中の自由電子が動くことで電荷が移動する。
操作 負に帯電した棒を近づけると、静電誘導により金属内の電子が棒から遠いはくのほうへ押しやられる。はくの負電荷が増えるので、はくはさらに大きく開く。
操作 指で触れると、はく検電器は人体を通して大地とつながる。棒の負電荷に反発された電子は、はくから指を通って大地へ逃げる（はじめに帯電していた負電荷も含めて逃げる）。はくの電荷がなくなり、はくは閉じる。金属板には、棒の負電荷に引きつけられた正電荷（電子が不足した状態）が残る。
操作 指をはなすと、はく検電器は大地から切り離される。この後、はく検電器全体の電気量は変わらない（電気量保存の法則）。はく検電器全体は正に帯電しているが、正電荷は棒に引きつけられて金属板に集まっているので、はくは閉じたままである。
操作 棒を遠ざけると、金属板に引きつけられていた正電荷が金属全体に分布する。電気量は保存されるので全体は正に帯電したままで、はくにも正電荷が分布し、同種の電荷どうしがしりぞけ合ってはくは開く。
よって、答えはイである。
- ア 誤り。操作 で電子が大地へ逃げているので、指をはなした後のはく検電器は正に帯電しており、帯電していない状態ではない。
- ウ 誤り。操作 で負電荷（電子）は大地へ逃げているので、負に帯電してはいない。
- エ 誤り。棒を遠ざけると、金属板に引きつけられていた正電荷は導体全体に広がり、はくも正に帯電するので、はくは開く。
別解
(1) 負に帯電した棒を金属板に近づけると、静電誘導で金属板側に正、はく側に負の電荷が集まる。はくの負電荷が増えるので、はくはもとより大きく開く。
(2) 指で金属板に触れると、はく側の負電荷（電子）が指を通って逃げ、検電器は地面とつながる。棒の負電荷に反発されて電子が逃げるので、検電器全体は正に帯電する（棒の近くの金属板に正電荷が引きつけられて残る）。このときはくの電荷はほぼなくなり、はくは閉じる。
(3) 指をはなしても、検電器の全体の電気量は正のまま変わらない。棒が近くにあるので、正電荷は金属板側に集まっており、はくは閉じたままである。
(4) 棒を遠ざけると、金属板に引きつけられていた正電荷が検電器全体に広がり、はくにも正電荷が分布する。はくは同符号の正電荷どうしで反発して開く。
よって、はくは開いていて正に帯電している。
各選択肢: ア は全体が正に帯電しているので誤り。イ は正しい。ウ ははくが正に帯電しているので誤り。エ ははくが開くので誤り。