電場と電位・コンデンサー（知識）の問題

真空中で、電気力線を、電場の強さが $E[\text{N/C}]$ の場所では電場に垂直な面 $1{\text{m}}^2$ あたり $E$ 本の割合で引くと約束する。クーロンの法則の比例定数を $k[\text{N}\cdot {\text{m}}^2/{\text{C}}^2]$ とする。

真空中に、電気量 $2Q[\text{C}](Q>0)$ の点電荷 A と、電気量 $Q[\text{C}]$ の点電荷 B を置いた。A だけを内部に囲み、B は外部にあるような閉曲面 S を考える。

「閉曲面 S を内側から外側へ貫く電気力線の本数から、外側から内側へ貫く電気力線の本数を引いたものは（ a ）本である。また、A を内部に、B を外部にしたまま閉曲面 S の形や大きさを変えると、この本数は（ b ）。」

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。

真空中に置かれた電気量 $Q(Q>0)$ の点電荷のまわりの電場と電気力線について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜カのうちから 1 つ選べ。

「電気力線上の各点で電気力線に引いた接線の向きは、その点に置いた $\boxed{\text{a}}$ の向きと一致する。また、電場の強さが $E[N/C]$ の点では、電場に垂直な面を $1{\mathrm{m}}^2$ あたり $E$ 本の電気力線が貫くように電気力線を引くことにする。このとき、点電荷を中心とする半径 $r$ の球面を貫く電気力線の総数は、$r$ に $\boxed{\text{b}}$。」

真空中に、正の点電荷と負の点電荷が離れて固定されている。この 2 つの点電荷のまわりの電場のようすを表すために、空間に次の性質をもつ曲線を描く。

• 曲線上の各点で引いた接線の向きが、その点での電場の向きと一致する。
• 曲線は正の電荷から出て、負の電荷に入る。途中で枝分かれしたり、ほかの同じ種類の曲線と交わったりしない。
• 曲線が密な所ほど、その場所の電場が強くなるように描く。

このような、電場の向きと強さのようすを表す曲線を、高校物理の教科書では何というか。漢字で答えよ。

帯電していない金属（導体）の板と、帯電していないガラス（不導体）の板を、それぞれ別々に一様な電場の中に置き、十分に時間がたった状態を考える。導体の静電誘導と不導体の誘電分極について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　ガラスの板の内部では、電場の強さは $0$ になる。
• イ　金属の板で静電誘導が起こるのは、金属の中の陽イオンが電場の向きに移動するためである。
• ウ　ガラスの板で誘電分極が起こるのは、ガラスの中の自由電子が板の表面まで移動するためである。
• エ　金属の板の内部では、電場の強さは $0$ になる。
• オ　帯電した物体をガラスの板に近づけると、ガラスの板は帯電した物体からしりぞけられる。

静電気だけが存在し、電荷が静止している状態（静電状態）を考える。電位・等電位面と電場の関係、および導体について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、電位の基準（電位 $0$）は無限遠にとる。

• ア　等電位面は、電気力線と平行になるように分布する。
• イ　隣り合う面どうしの電位差が等しくなるように描いた等電位面では、面の間隔が広いところほど、電場は強い。
• ウ　電場の向きは、電位の高いほうから低いほうへ向かう向きである。
• エ　導体の内部では電場が $0$ なので、接地していない導体であっても、導体の電位は必ず $0$ である。
• オ　帯電していない中空の金属球（空洞の中には電荷がない）を外部の電場の中に置くと、外部の電場は金属球の壁を通り抜け、内側の空洞にも電場ができる。