電場と電位・コンデンサーの問題
真空中の点 に電気量 の点電荷を、点 に電気量 の点電荷を固定する。点 は、 から 、 から 離れた点である。クーロンの法則の比例定数を とし、電位の基準を無限遠(電位 )とする。点 の電位は何 か。符号も含めて有効数字 2 桁で求めよ。
この問題で使うもの
- 点電荷の電位と電位の重ね合わせ(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(49 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
- 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
- 弾性力とフックの法則
- 重力と弾性力の位置エネルギー
- 電位・等電位面と電場の関係
- 点電荷の電位と電位の重ね合わせ
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
点電荷のつくる電位 を、A と B の電荷それぞれについて求め、重ね合わせます。
ヒント 2
電位はスカラーなので、向きは考えず、電気量の符号をつけたまま と足し算します。
ヒント 3
A の電荷による電位は です。B の電荷による電位も同じように、負の符号をつけて計算しましょう。
答えと解説
答えを見る
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解説を読む
無限遠を基準とすると、電気量 の点電荷が距離 の点につくる電位は である。電位はスカラーなので、2 つの点電荷がつくる電位は、電気量の符号をつけたまま足し合わせればよい(向きを考える必要はない)。
A の電荷が P につくる電位
B の電荷が P につくる電位(負の電荷なので電位は負)
重ね合わせ
よって、点 P の電位は である。
別解
電位は各点電荷がつくる電位の和(スカラー和)で求める。
点 A の電荷による電位:
点 B の電荷による電位:
合計:
検算: 。有効数字 2 桁で V。