電場と電位・コンデンサー（知識）の問題

内部に空洞をもつ、帯電していない金属のかたまり（中空の導体）を、真空中の一様な電場の中に置いた。空洞は金属で完全に囲まれており、空洞の中には電荷も物体も何もない。十分に時間がたち、金属の中で電荷の移動が止まった状態（静電状態）を考える。このときのようすについて述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　金属の部分の内部では電場が $0$ であり、金属全体が等電位になっている。
• イ　金属の外側の表面のすぐ外では、電場の向きは金属の表面に垂直である。
• ウ　空洞に面した金属の内側の表面には、外部の電場によって誘導された正と負の電荷が分布する。
• エ　空洞の中の電場は $0$ であり、空洞の中の電位はどこでも金属の電位と等しい。
• オ　等電位面を一定の電位差ごとに描いたとき、金属の外側の空間では、等電位面の間隔が狭いところほど電場が強い。

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。

真空中で、電荷が静止しているときにできる電場と電位について述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　電場の向きは、電位の高い方から低い方へ向かう向きである。
• イ　一定の電位差ごとに引いた等電位面の間隔が狭いところほど、電場は弱い。
• ウ　等電位面と電気力線は、垂直に交わる。
• エ　強さ $E$ の一様な電場の中で、電場の向きに距離 $d$ だけ離れた 2 点間の電位差は $Ed$ である。

一様な電場の中に、帯電していない金属のかたまり（導体）を置いたところ、静電誘導が起こり、やがて金属の中で電荷の移動が止まった。また、別の実験で、同じ電場の中に帯電していないガラスのかたまり（不導体）を置いた。これらについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　電荷の移動が止まったとき、金属の内部の電場は、金属を置く前の電場と同じ強さである。
• イ　電荷の移動が止まったとき、金属の表面の電気力線は、金属の表面に平行である。
• ウ　ガラスでは誘電分極が起こり、ガラスの内部の電場は 0 になる。
• エ　ガラスは不導体なので、帯電した物体を近づけても引き寄せられることはない。
• オ　電荷の移動が止まったとき、金属のどの点も電位が等しい。

極板間が空気で満たされた平行板コンデンサーを電池につないで十分に充電した。その後、コンデンサーを電池から切り離し、極板の面積を変えずに、極板の間隔をゆっくり 2 倍に広げた。このとき、極板の間隔を広げる前と比べ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、極板の間隔は極板の大きさに比べて十分小さく、極板間の電場は一様であるとする。また、極板から電荷がもれることはないものとする。

• ア　コンデンサーの電気容量は大きくなる。
• イ　極板間の電圧は変わらない。
• ウ　極板間の電場の強さは変わらない。
• エ　コンデンサーに蓄えられた静電エネルギーは小さくなる。
• オ　極板に蓄えられた電気量は小さくなる。