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電場と電位・コンデンサーの問題

難易度 1教科書の例題レベル高校物理 電場と電位・コンデンサー

真空中で、点 A に電気量 の点電荷を固定します。点 A から 離れた点 B には、電気量 の点電荷を固定します。真空中のクーロンの法則の比例定数は とします。

B の点電荷が A の点電荷から受ける静電気力を、A から B へ向かう向きを正として求めてください。答えは単位を N として、有効数字 2 桁で書いてください。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(5 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 力の種類とはたらき
  2. 静電気・放電と電子
  3. 帯電と電気量保存の法則
  4. クーロンの法則と電場・電気力線
  5. クーロンの法則

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

クーロンの法則を使います。まず力の大きさを求め、次に電気量の符号から、引力か斥力かを判定しましょう。

ヒント 2

力の大きさは で求めます(電気量は絶対値を使います)。異符号の電荷どうしは引き合い、同符号の電荷どうしは退け合います。

ヒント 3

です。2 つの電荷は異符号なので、B は A の方へ引かれます。その向きが、問題で正と決めた向きとどちらの関係にあるかを考えましょう。

答えと解説

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解説を読む

手順 1:力の大きさをクーロンの法則で求める

2 つの点電荷の間にはたらく静電気力の大きさは、電気量の大きさを , 、距離を とすると次の式で表されます。

大きさを求めるので、電気量は絶対値を使います。, , を代入します。

分子の電気量の積は 、分母は です。したがって

となります。

手順 2:電気量の符号から力の向きを判定する

A の電気量は正、B の電気量は負で、2 つは異符号です。異符号の電荷どうしは引き合う(引力)ので、B は A の方へ引かれます。つまり、B が受ける力の向きは B から A へ向かう向きです。

手順 3:符号をつける

A から B へ向かう向きを正としているので、B から A へ向かう力は負になります。よって、B が受ける静電気力は です。

別解

クーロンの法則より、力の大きさは 。分子は 、これを で割ると 。A の電荷は正、B の電荷は負で異符号なので引力である。B が受ける力は B から A へ向かう向きで、これは A から B へ向かう向きを正とすると負の向き。よって力は 。検算: に符号付きで を入れると となり、一致する。

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