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静電気・放電と電子

静電気・放電・真空放電・陰極線・電子の用語を答えられ、異なる物質をこすり合わせると電子が移動して + と − の電気を帯びること、同じ種類の電気は退け合い異なる種類は引き合うこと、陰極線が − の電気をもつ電子の流れで + 極側に曲がることから、実験の結果を判定できる

前提

説明

異なる種類の物質どうしをこすり合わせたときに物体にたまる電気を静電気といい、たまっていた電気が空間を流れたり、電気が空間を移動したりする現象を放電といいます。この技能を身につけると、こすり合わせた 2 つの物体がそれぞれ + と − のどちらの電気を帯びるか、帯電した物体どうしが引き合うか退け合うか、真空放電で見られる陰極線がどちらに曲がるかを、電子の移動をもとに判定できるようになります。

なぜそうしてよいのか

すべての物質には、+ の電気と − の電気が同じ量ずつふくまれていて、ふだんは打ち消し合っているので、物体は電気を帯びていません。物質の中の − の電気をもつ小さな粒子を電子といいます。異なる種類の物質をこすり合わせると、一方の物質の電子が、もう一方の物質へ移ります。電子を受け取った物体は − の電気が多くなるので − の電気を帯び、電子を失った物体は − の電気が足りなくなるので + の電気を帯びます。動くのは電子(− の電気)だけで、+ の電気は移動しません。だから、こすり合わせた 2 つの物体は、必ず互いに反対の種類の電気を帯びます。

電気を帯びた物体どうしの間には、離れていてもはたらく電気の力(電気力)がはたらきます。同じ種類の電気(+ と +、− と −)どうしは退け合い、異なる種類の電気(+ と −)どうしは引き合います。

気圧を低くした(空気をうすくした)ガラス管に大きな電圧を加えると、管の中を電流が流れて光ります。これを真空放電といいます。このとき − 極(陰極)から出て + 極へ向かう流れを陰極線(電子線)といい、その正体は電子の流れです。電子は − の電気をもつので、陰極線の進む向きをはさんで上下に電極板を置いて電圧を加えると、陰極線は − の電気と引き合う + 極の側に曲がります。この曲がり方こそ、陰極線が − の電気をもつ粒子の流れである証拠です。

手順

  1. こすり合わせた場面では、電子がどちらの物体からどちらの物体へ移ったかを確かめる

  2. 電子を受け取った物体は − の電気、電子を失った物体は + の電気を帯びると判定する(2 つの物体は必ず反対の種類になる)

  3. 帯電した物体どうしの力は、同じ種類なら退け合う、異なる種類なら引き合うと判定する

  4. 陰極線は − 極(陰極)から出る電子の流れなので、 − の電気をもつとして扱う

  5. 陰極線に上下から電圧を加えたときは、電子と引き合う + 極側に曲がり、 − 極側からは退けられると判定する

例題

ストローをティッシュペーパーでよくこすったところ、ストローは − の電気を帯びた。このときのようすを説明した文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
ア 電子がティッシュペーパーからストローへ移動し、ティッシュペーパーは + の電気を帯びた。
イ 電子がストローからティッシュペーパーへ移動し、ティッシュペーパーは + の電気を帯びた。
ウ + の電気がストローからティッシュペーパーへ移動し、ティッシュペーパーは + の電気を帯びた。
エ 電子がティッシュペーパーからストローへ移動し、ティッシュペーパーは − の電気を帯びた。

例題の解答

手順 1:ストローは − の電気を帯びたので、ストローの − の電気が多くなった、つまりストローは電子を受け取ったことがわかる。こすり合わせた相手はティッシュペーパーなので、電子はティッシュペーパーからストローへ移動した。この時点で、電子の移動の向きが逆のイと、+ の電気が移動するとしているウはあてはまらない。

手順 2:電子を失ったティッシュペーパーは − の電気が足りなくなるので、+ の電気を帯びる。ティッシュペーパーが − の電気を帯びたとするエはあてはまらない。

よって、最も適当なものはアである。

答え:

ア

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること