物理分野の用語と知識の問題
静電気と放電について調べるため、次の実験 1、実験 2 を行った。
実験 1 2 本のストロー A、B を、同じティッシュペーパーでそれぞれよくこすった。ストロー A を糸でつるし、ストロー B を近づけると、A は B から遠ざかるように動いた。次に、ストロー B のかわりに、こするのに使ったティッシュペーパーを A に近づけると、A はティッシュペーパーに近づくように動いた。別の方法で調べたところ、こすったあとのストローは の電気を帯びていることがわかった。
実験 2 空気を抜いた放電管（クルックス管）の両端の電極のうち、電極 X を 極、電極 Y を 極として誘導コイルで高い電圧を加えたところ、電極 X 側から電極 Y 側に向かって、管の中の蛍光板の上にまっすぐな光の線が見られた。さらに、光の線をはさむように上下に置かれた電極板のうち、上側の電極板を 極、下側の電極板を 極として電圧を加えたところ、光の線は上側に曲がった。
実験 1、実験 2 の結果からわかることや考えられること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 実験 1 で、ストロー A とストロー B が退け合ったのは、こすったことによって、ストローの中に新しく の電気が生じたからである。
- イ 実験 1 で、ストロー A がティッシュペーパーに引きつけられたのは、ティッシュペーパーがストローと同じ種類の電気を帯びていたからである。
- ウ 実験 2 で、上下の電極板の 極と 極を入れかえて電圧を加えると、光の線は下側に曲がる。
- エ 実験 2 で見られた光の線は、電極 X から電極 Y に向かって移動する、 の電気をもつ粒子の流れである。
- オ 実験 1 でストローが帯びた電気と、実験 2 の光の線をつくる粒子がもつ電気は、異なる種類の電気である。
この問題で使うもの
- 静電気・放電と電子（説明と入口の問題）
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
静電気が生じるしくみ（こすり合わせたときに何が移動するか）と、放電管の光の線（陰極線）の正体についての知識を使おう。
ヒント 2
同じ種類の電気は退け合い、異なる種類の電気は引き合う。上側の電極板を 極にしたとき光の線が上側に曲がったことから、光の線をつくる粒子がもつ電気の種類がわかる。
ヒント 3
光の線をつくる粒子は の電気をもつので、エとオは誤り。実験 1 では電子が移動していることを考えると、アとイのどこが誤りかもわかる。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
根拠になる事実
- 異なる物質どうしをこすり合わせると、一方の物体から他方の物体へ の電気をもつ電子が移動し、電子を受け取った物体は 、電子を失った物体は の電気を帯びる。同じ種類の電気は退け合い、異なる種類の電気は引き合う。
- 放電管の 極から出る光の線（陰極線）は、 の電気をもつ小さな粒子（電子）の流れで、 極から 極に向かって進む。電子は の電気をもつので、電圧を加えた電極板の 極側に引かれて曲がる。
実験 2 では、上側を 極にすると光の線が上側に曲がった。これは光の線が の電気をもつ粒子の流れであることを示している。上下の 極と 極を入れかえると、 極は下側になるので、光の線は下側に曲がる。よってウが正しい。
ほかの選択肢が誤りである理由
- ア：こすったことで電気が新しく生じるのではなく、ティッシュペーパーからストローへ電子（ の電気）が移動したのである。また、ストローは の電気を帯びている（問題文より）。A と B が退け合ったのは、どちらも同じ の電気を帯びているからである。
- イ：同じ種類の電気どうしは退け合う。引き合ったのは、ティッシュペーパーが電子を失って の電気を帯び、 の電気を帯びたストローと異なる種類の電気をもっていたからである。誤りは「同じ種類の電気」の部分。
- エ：光の線が電極 X（ 極）から電極 Y（ 極）に向かって進むのは正しいが、粒子がもつのは ではなく の電気である。 の電気をもつ粒子なら、上側を 極にしたとき下側に曲がるはずである。
- オ：ストローは の電気を帯びており、光の線の粒子（電子）も の電気をもつので、同じ種類の電気である。実際、ストローが の電気を帯びたのも、電子がストローに移動したためである。
別解
各選択肢を確かめる。
ア：誤り。ストローが帯電するのは、ティッシュペーパーとの間で電子（−の電気をもつ粒子）が移動するためで、新しく＋の電気が生じるわけではない。実際、こすったあとのストローは−の電気を帯びている。
イ：誤り。ストローA、Bは同じ−の電気を帯びて退け合った。AがティッシュペーパーLに引きつけられたのは、ティッシュペーパーがストローと異なる種類（＋）の電気を帯びていたからである（異なる種類の電気は引き合う）。
ウ：正しい。実験2で上側が＋極、下側が−極のとき光の線（−の電気をもつ電子の流れ）は＋極側の上側に曲がった。極を入れかえると上側が−極、下側が＋極になるので、光の線は＋極側の下側に曲がる。
エ：誤り。光の線は−極（電極X）から＋極（電極Y）へ向かう−の電気をもつ粒子（電子）の流れである。＋の電気をもつ粒子ではない。
オ：誤り。実験1のストローは−の電気を帯びており、実験2で光の線をつくる粒子（電子）も−の電気をもつ。同じ種類の電気である。
よって正しいのはウだけである。