電場と電位・コンデンサー（知識）の問題
静電気と帯電、はく検電器について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちからすべて選べ。ただし、はく検電器は、金属板・金属棒と、金属棒の下端につけた 2 枚の金属はくが一体の導体でできており、はじめは帯電していないものとする。また、検電器には指などを触れず、外部との間で電荷の出入りはないものとする。アとイでこすり合わせる 2 つの物体は、互いの間だけで電荷をやりとりし、ほかの物体との間で電荷の出入りはないものとする。
- ア 帯電していない 2 つの物体をこすり合わせると、一方の物体から他方の物体へ電子が移動し、2 つの物体は異符号で同じ大きさの電気量に帯電する。
- イ 2 つの物体をこすり合わせて帯電させるとき、正の電気をもつ陽子が一方の物体から他方の物体へ移動する。
- ウ はく検電器の金属板に、負に帯電した棒を触れないように近づけると、検電器全体の電気量の総和は 0 のまま、金属板の側に正の電荷が、はくの側に負の電荷が現れ、2 枚のはくは開く。
- エ ウの状態から、金属板に触れないまま棒を遠ざけると、2 枚のはくは開いたままになる。
- オ 外部との間で電荷の出入りがない物体の集まりでは、物体の間で電荷が移動しても、すべての物体の電気量の合計は一定に保たれる。
この問題で使うもの
- 帯電と電気量保存の法則（説明と入口の問題）
- 導体の静電誘導（説明と入口の問題）
- 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
摩擦による帯電で物体の間を移動する粒子は何か、静電誘導で導体の中を移動する粒子は何かを思い出そう。
ヒント 2
はく検電器に帯電した棒を近づけたとき、検電器の中で電荷がどのように偏るか、また検電器全体の電気量がどうなるかを考えよう。
ヒント 3
棒を遠ざけたあと、検電器全体の電気量はいくらで、電荷の偏りは残るかどうかを考えよう。電気量保存の法則が何を一定とする法則かも確かめよう。
答えと解説
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ア, ウ, オ
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解説を読む
ア（正しい）: 物体をこすり合わせると、電子が一方の物体から他方へ移動する。電子を失った物体は正に、電子を受け取った物体は負に帯電する。電荷のやりとりは 2 つの物体の間だけなので、移動した電子の電気量だけ一方が増え他方が減り、2 つの物体の電気量は異符号で大きさが等しい。
イ（誤り）: 摩擦による帯電で移動するのは電子である。陽子は原子核の中にあり、こすり合わせただけでは移動しない。
ウ（正しい）: 負に帯電した棒を金属板に近づけると、静電誘導により、導体中の自由電子が棒の負電荷から反発されて、金属板から遠いはくの方へ移動する。その結果、金属板の側には正の電荷が、はくの側には負の電荷が現れる。電子は検電器の中で移動しただけで、外部との出入りはないので、検電器全体の電気量の総和は 0 のままである。2 枚のはくにはどちらも負の電荷が現れるので、互いに反発し合って開く。
エ（誤り）: 棒を遠ざけると、はくの方へ集まっていた自由電子が元の分布に戻る。検電器全体の電気量の総和は 0 なので、どの部分にも電荷が偏らない状態に戻り、はくは閉じる。はくが開いたままになるのは、棒を近づけたまま金属板に指で触れてから指を離し、その後で棒を遠ざけた場合（検電器全体が帯電した場合）である。
オ（正しい）: これは電気量保存の法則である。電荷は物体の間を移動するだけで、新たに生じたり消えたりしないので、外部との電荷の出入りがなければ、一つ一つの物体の電気量は変わっても、すべての物体の電気量の合計は変わらない。
よって、正しいものは ア, ウ, オ である。
別解
ア: 摩擦で電子が一方から他方へ移動し、電荷保存則により 2 物体は異符号で同じ大きさの電気量になるので正しい。イ: 移動するのは電子であり、陽子(原子核の中にある)は移動しないので誤り。ウ: 負に帯電した棒を近づけると静電誘導で、棒に近い金属板側に正、遠いはく側に負の電荷が現れ、全体の電気量の総和は 0 のまま、はくは同符号の電荷の反発で開くので正しい。エ: 棒を遠ざけると誘導された電荷は再び検電器全体に一様に戻り、検電器は全体として帯電していないので、はくは閉じる。したがって「開いたまま」は誤り。オ: 電荷保存則であり正しい。よって正しいものはア、ウ、オ。