電場と電位・コンデンサーの問題
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
- クーロンの法則(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(5 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
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。