電場と電位・コンデンサー（知識）の問題

はく検電器は、金属板・金属棒と、金属棒の下端につけた 2 枚の金属はくが一体の導体でできており、ガラスの容器で周囲から絶縁されている。はじめ、はく検電器は帯電しておらず、はくは閉じている。

このはく検電器の金属板に、正に帯電したガラス棒を、金属板に触れないように上から近づけて止めた。このとき、はく検電器の中の自由電子が移動し、金属板には（ a ）の電荷が現れる。また、はくは（ b ）。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。

はじめに電荷を蓄えていない 2 つのコンデンサー A, B がある。A の電気容量は B の電気容量より小さい。A と B を並列に接続し、その両端を直流電源につないで、十分に時間がたつまで充電した。

「充電が終わったとき、蓄えている電気量が大きいのはコンデンサー（ a ）である。また、A と B を並列に接続したものの合成容量は、A と B の電気容量の（ b ）に等しい。」

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。

アルミニウムはくを丸めて作った軽い金属球を、絶縁体の糸でつるした。金属球ははじめ帯電していない。ここに、ティッシュペーパーでこすって負に帯電させた塩化ビニル管を、金属球に触れないように横から近づけたところ、金属球は塩化ビニル管のほうへ引き寄せられた。

金属球が引き寄せられた理由を述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　金属球の中の陽子が塩化ビニル管に近い側へ移動し、近い側に正の電荷が集まって、塩化ビニル管との間に引力がはたらいたから。
• イ　金属球の中の自由電子が塩化ビニル管に近い側へ移動し、近い側に負の電荷が現れて、塩化ビニル管との間に引力がはたらいたから。
• ウ　金属球の中の自由電子が塩化ビニル管から遠い側へ移動し、近い側に正、遠い側に負の電荷が現れ、近い側の正の電荷にはたらく引力のほうが遠い側の負の電荷にはたらく斥力よりも大きいから。
• エ　塩化ビニル管から金属球へ電子が移り、金属球全体が正に帯電して、塩化ビニル管との間に引力がはたらいたから。
• オ　金属球の中の自由電子が塩化ビニル管から遠い側へ移動し、そのまま金属球の外へ出ていったため、金属球全体が正に帯電して、塩化ビニル管との間に引力がはたらいたから。

真空中で、電気力線を、電場の強さが $E[\text{N/C}]$ の場所では電場に垂直な面 $1{\text{m}}^2$ あたり $E$ 本の割合で引くと約束する。クーロンの法則の比例定数を $k[\text{N}\cdot {\text{m}}^2/{\text{C}}^2]$ とする。

真空中に、電気量 $2Q[\text{C}](Q>0)$ の点電荷 A と、電気量 $Q[\text{C}]$ の点電荷 B を置いた。A だけを内部に囲み、B は外部にあるような閉曲面 S を考える。

「閉曲面 S を内側から外側へ貫く電気力線の本数から、外側から内側へ貫く電気力線の本数を引いたものは（ a ）本である。また、A を内部に、B を外部にしたまま閉曲面 S の形や大きさを変えると、この本数は（ b ）。」

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、次の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。

真空中に置かれた平行板コンデンサーを電池につないで十分に充電したあと、電池から切り離した。その後、極板の面積は変えずに、極板の間隔をゆっくり広げた。ただし、極板の間隔は極板の大きさに比べて十分小さく、極板間の電場は一様であるとみなす。また、極板から電荷が逃げることはないものとする。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜カのうちから 1 つ選べ。

「極板の間隔を広げると、極板間の電場の強さは（ a ）。また、極板間の電位差は（ b ）。」