電場と電位・コンデンサーの問題
平面上の点 と点 に、電気量がどちらも の点電荷を固定する。ただし 、 とし、点電荷は真空中にあるものとする。クーロンの法則の比例定数を とする。原点 における合成電場の強さを、, , を用いて表せ。
この問題で使うもの
- 電場の重ね合わせ(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(32 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 力の種類とはたらき
- 静電気・放電と電子
- 帯電と電気量保存の法則
- クーロンの法則と電場・電気力線
- クーロンの法則
- 点電荷のつくる電場
- 三角形の角の大きさ
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 小数の四則計算
- 分数のたし算・ひき算
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 正負の数の加法・減法
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 三角形・四角形の面積
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- ベクトルの演算と成分
- 電場の重ね合わせ
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
電場の重ね合わせを使います。まず A の電荷と B の電荷が、それぞれ単独で原点 O につくる電場を求めましょう。
ヒント 2
点電荷が距離 の点につくる電場の強さは で、正電荷なら電荷から遠ざかる向きです。2 つの電場を 成分・ 成分で表して足します。
ヒント 3
A の電荷による電場は 、B の電荷による電場は です。この和の大きさを三平方の定理で求めます。
答えと解説
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解説を読む
手順1:それぞれの点電荷が原点 O につくる電場を求める。
点 A の電荷 と O の距離は なので、A の電荷が O につくる電場の強さは
です。 なので電場の向きは A から遠ざかる向き、つまり 軸の負の向きです。
同様に、点 B の電荷が O につくる電場の強さは
で、向きは B から遠ざかる向き、つまり 軸の負の向きです。
手順2:電場を成分で表す。
手順3:ベクトルの和をとる(電場の重ね合わせ)。
合成電場は 2 つの電場のベクトルの和なので、成分ごとに足して
手順4:大きさを求める。
よって、原点 O における合成電場の強さは です。
別解
点 A(a, 0) の電荷が原点につくる電場の強さは で、Q>0 なので向きは A から遠ざかる向き、つまり 向きである。点 B(0, a) の電荷がつくる電場の強さも で、向きは 向きである。2つの電場は直交しているので、合成電場の強さは となる。
検算:成分表示で となり、大きさは で一致する。向きは 方向、つまり原点から点 (a/2, a/2) と反対の向きである。