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誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
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、ガラスの容器で周囲から絶縁されているものとする。はく検電器の金属板を指で触れると、人体を通して大地とつながる（接地される）ものとする。また、帯電体どうしは周囲の物体と電荷のやりとりをしないものとする。
- ア はじめに帯電していないガラス棒と絹の布をこすり合わせると、ガラス棒は正に、絹の布は負に帯電する。これは、電子がガラス棒から絹の布へ移動したためであり、こすり合わせた後のガラス棒と絹の布の電気量の和は のままである。
- イ 同じ大きさの 2 個の金属球の一方に 、他方に の電荷を与え（）、2 個を接触させてから十分に引き離すと、どちらの金属球の電気量も になる。
- ウ 帯電していない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、はくが開く。このとき、はくは正に帯電している。
- エ 帯電していないはく検電器の金属板に、正に帯電した棒を触れないように近づけたまま金属板に指で触れ、次に指をはなし、最後に棒を遠ざけると、はく検電器は負に帯電し、はくは開いたままになる。
- オ エと同じ操作のうち、指で金属板に触れた後、指をはなす前に棒を遠ざけ、その後で指をはなすと、はく検電器は帯電せず、はくは閉じる。
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）
- 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
電気量保存の法則と、はく検電器での静電誘導（自由電子の移動）を使って、各文を確かめよう。
ヒント 2
帯電体を近づけたとき、金属板には帯電体と異種の電荷、はくには帯電体と同種の電荷が現れる。指で触れると大地との間で電子が出入りする。
ヒント 3
アとイは電気量保存の法則で、エとオは電子が大地から流れ込むか・大地へもどるかを順に追えば確かめられる。残りの文で、はくに現れる電荷の符号に注目しよう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
使う事実は、(1) 帯電は物体の間を電子が移動することで起こり、全体の電気量の和は変わらない（電気量保存の法則）こと、(2) 導体に帯電体を近づけると、導体内の自由電子が移動して、近い側に帯電体と異種の電荷、遠い側に同種の電荷が現れる（静電誘導）こと、である。
ア（正しい） こすり合わせると、ガラス棒から絹の布へ電子が移動し、電子を失ったガラス棒は正、電子を受け取った絹の布は負に帯電する。電子が移動しただけなので、電気量保存の法則により、両者の電気量の和ははじめと同じ である。
イ（正しい） 接触させる前の電気量の和は である。電気量保存の法則により、接触後も和は のまま。同じ大きさの金属球なので電荷は等しく分かれ、それぞれ になる。
ウ（誤り） 負の帯電体を近づけると、金属板の自由電子が反発されて金属棒を通ってはくへ移動する。その結果、金属板は正、はくは負に帯電し、2 枚のはくが同種の電荷どうしで反発して開く。「はくは正に帯電している」の部分が誤りである。
エ（正しい） 正の棒を近づけると、金属板に負、はくに正の電荷が現れてはくが開く。指で触れると、正の棒に引かれて大地から人体を通して電子が流れ込み、はくの正の電荷が打ち消されてはくは閉じる。棒を近づけたまま指をはなすと、流れ込んだ電子は逃げ場がなくなる。最後に棒を遠ざけると、余分な電子がはく検電器全体に広がるので、はく検電器は負に帯電し、はくにも負の電荷が来て開く。
オ（正しい） 指で触れたまま棒を遠ざけると、電子を引きつけていた力がなくなるので、流れ込んでいた電子は人体を通して大地へもどり、はく検電器は帯電していない状態にもどる。その後で指をはなしても帯電していないので、はくは閉じたままである。
よって、誤っているものはウである。
別解
ア: ガラス棒と絹をこすると電子がガラス棒から絹へ移り、ガラス棒は正、絹は負に帯電する。電荷の総和は保存され 0 のままなので正しい。
イ: 電気量の和は 。同じ大きさの金属球なので接触後は等分され、それぞれ になる。正しい。
ウ: 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現れる(電子が棒から遠いはく側へ押しやられる)。はくは負に帯電して同符号で反発し開く。「はくは正に帯電している」は誤り。
エ: 正の棒を近づけると金属板側に負、はく側に正が現れる。指で触れると大地から電子が流れ込みはくの正電荷が中和され、はくは閉じる。指をはなしてから棒を遠ざけると、金属板側にあった負電荷が全体に広がり、検電器は負に帯電してはくが開く。正しい(なお触れた直後ははくは一度閉じるが、問われているのは最終状態)。
オ: 指で触れたまま棒を遠ざけると、流れ込んだ電子が大地へもどり、検電器は帯電せず、はくは閉じる。その後指をはなしても状態は変わらない。正しい。
誤っているのはウ。