電場と電位・コンデンサーの問題
鉛直下向きに、強さ の一様な電場がある。この電場内の点 から鉛直下向きに 離れた位置に点 がある。電気量 の正の点電荷を、点 から点 まで運ぶ。このとき、電場から点電荷にはたらく静電気力がする仕事は何 か。有効数字 桁で求めよ。
この問題で使うもの
- 一様な電場と電位差(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(47 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
- 電位・等電位面と電場の関係
- 四則の混じった計算の順序
- 三角形・四角形の面積
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
- 分数のかけ算・わり算
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 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
- 特別な直角三角形の辺の比
- 小数と分数のまじった計算
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 三角形の角の大きさ
- 相似な三角形と長さの比
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 三角比の定義と値
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 逆算(□ を求める)
- 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
- 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
- 重力と力の大きさ
- 2 力のつり合いと作用・反作用
- 重力・垂直抗力・張力の性質
- 慣性の法則と力のつり合い
- 力の分解と質点のつり合い
- 静止摩擦力・最大摩擦力・動摩擦力
- 静止摩擦力と動摩擦力
- 仕事
- 一様な電場と電位差
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
一様な電場での電位差 と、静電気力がする仕事 を使います。
ヒント 2
点 は点 から電場の向きに 離れています。正電荷が受ける力の向きと移動の向きが同じなので、仕事は正になります。
ヒント 3
です。これに電気量 を掛けます。
答えと解説
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解説を読む
1. P と Q の電位差を求める
一様な電場では、電場の向きに距離 離れた 2 点の電位差は で求められる。点 は点 から電場の向き(鉛直下向き)に 離れているので、
電場は電位の高い方から低い方へ向くので、点 の方が点 より 高い。
2. 静電気力がする仕事を求める
正の点電荷が受ける静電気力の大きさは で、向きは電場と同じ鉛直下向きである。点電荷は力の向きに だけ移動するので、静電気力がする仕事は正で、
よって、静電気力がする仕事は である。
別解
電場は鉛直下向きで、正電荷にはたらく静電気力も鉛直下向きであり、その大きさは である。点 P から点 Q への変位は鉛直下向きに で、力と同じ向きである。したがって静電気力がする仕事は である。検算として、P と Q の電位差は (P の方が高電位)なので、 となり一致する。