20番　 孤立しているのに電圧があるのは、もともと充電されてるからってことですよね？

54 電磁気 20 I 解 (1) はじめは電圧Vがかか の電 は0である (それは C2 の上側極板が孤立していて 電気量0のままだから)。 実 V'= 一方, C2 の電気量や電 Q=C,V S 1 時間的に追うと、G」の電荷の一部が2に移り の電圧が下がって C2 の電圧が上がりやがて両者 の電圧は等しくなる。 Q₁+0=(C₁+C₂) V' C1 -V [V] また Q2'=C2V'= C1+C2 [C] (2) C1, C2 からなる並列コンデンサーに電圧 Vがかかるから, 全電気量 Q' は Q'=(C₁+C₂) V 並列コンデンサーの電気量の増加はQ'Q=C2V [C] これこそ電池を通った電気量である。 C₁ 次に〈直列〉。直列は,各コンデンサーがは じめ電荷をもっていないという状況からス タートする。全体に電圧 V をかけたのが右の 図 a ありますので CC2V C+C2 通過電気量・ 関連する極板の前後の電気量を押さえる スイッチを通った電気量などもよく問われる。 スイッチにつながる極板はど れかから思考が始まる。 2つ以上の極板につながる場合は, 総電気量の変化を 追えばよい。 20 V A fulのコン /20Vで充電された10μF のコンデン サー C, と, 10Vで充電された40μFの ンデンサー2をつなぎ, スイッチを入れ ると何Vになるか。 図a, bの場合につ いて答えよ。 る席の確保、長時間 ·····ださい +Q C2 合わせて Q₁ +0 C1 図b [V' トクQ=CVの単位は[C]=[F]×[V] が基本だが,[μC]=[μF]×[V] マイクロ でもよい。 10- を表すが両辺にかかっているからだ。 v合わせて V2

27 解説の1行目で、なぜBが高電位になるんですか？ あと、図1の印の部分がどうしてこうなるのか分かりません 解説をお願いします🙇‍♀️

** * 面積Sの3枚の金属板A, B, C を間隔で並べ, 図のように電池や導線で結ぶ。 B上の電荷を求めよ。 次 にスイッチ Kを切り, B を上にxだけ上げたときの BC間の電位差 V' を求めよ。 間隔dのときの容量をC とし,誘電率をco とする。 KI VL A B C C C d d

(2)について質問です。 解説では抵抗R(並列回路のコンデンサーがない方)には電流I'が流れると新しく文字で置いてますが、コンデンサーの方に電流が流れないのであれば、(1)で電池を流れた電流Iがそのまま抵抗Rを流れるのではないのですか？解説よろしくお願いします

チェック問題 2 コンデンサーのスイッチの切りかえ はじめ、すべての電気量は0で ある。 図の回路で, (1) スイッチを閉じた直後に2R の抵抗を流れる電流Iを求めよ。 十分時間後のコンデンサー “Cの電気量Q を求めよ。 解説 (1) 「スイッチを閉じた 直後｣というのは｢コンデンサー www. に電流が流れ込み始めたが,ま だ電気量は0である｣というこ とだね。 図a のように作図する。 2Rに流 ている電流I の一部 がに残りがI-iとなって いることに注目しよう。 ⑦ : +2RI + iR-V = 0 ③ : +0 +0 + (I - iR-iR = 0 ∴. I = 2V 5R = V 5R (2) 「十分時間後」というのは「も はやこれ以上コンデンサーに電 流は流れ込まない」ということ だね。図bのように作図するぞ。 ⑦ : +2RI' + I'R-V = 0 ③ : +V+V+O-IR=0 口:-CV1 + 2CV2 図b = 0 V= (3) (2)の後, スイッチを開いた直後にRの抵抗に流れる電流 を求めよ。 01 図 a 2RI ア 2R スイッチ OS ON! 直後 ア I-i 1 i10) iR図 N+ 2RI' R -N-Xa 十分時間後 PI) 標準 10分 ONDS: (I-i) R I'R 0 イ R 0 Ho Hol C I-i 流れない 0 2C 2C 0 カラ 2C 0 カラ 0 0 +CV₂ CV -CV₁ +2CV2 V2 -2CV₂

（2）についてです。 なぜdの値が逆になってしまっているのか解説を読んでいても分かりません。解説出来る方お願い致します。

353 極板間引力 極板間隔がd[m], 電気容量が C [F] の平行板コンデンサーがある。 このコンデンサーを電圧V[V] で充電した後, 電源を切った。 (1) コンデンサーに蓄えられてい る静電エネルギーを求めよ。 次に、右図のように, コンデン サーの極板上の電荷が逃げないよ うにして極板間隔を⊿d 〔m〕 だけ 広げた。 (2) このときのコンデンサーの静 電エネルギーを求めよ。 d + + + + F AF 極板間引力 Ad 絶縁体で固定 + + + + + + + VF F ゆっくり下へ引く

3番の電場を半分に考えるのが分かりません。 aとbの電場と書かれてるけど、bから線は出てないのにどういうことですか？

CEP 105 くばね付きコンデンサー > (6) 極板の電荷が変わらないから, 極板から出る電気力線の本数は変わらない。 しかし、 誘電体内は誘電分極により電場 (3) 極板間の電場の半分 (片方の極板がつくる電場) によって他方の極板が力を受ける。 は弱まる。 (7) 誘電体を入れても、極板B近くの電場は変化しない。 よって,電気的な力も変化しない。 (1) A + Q, B に - Q を帯電させたから, AB間にはA からBに向けて一様な電場ができ, 電気力線は等間隔に 引ける (図)。 (2) Aから出る電気力線の本数Nは,ガウスの法則より 1 *A- N=-Q E0 よって,電場の強さEは,「EN」よりE= 28 S (5) 電位差と電場の式 「V=Ed」より v=2(d-4d) = (d. Q S A +Q Q² 2kS S QB- S (3) (2)で求めた AB間の電場は,極板AとBによる電場である。極板Aの電荷 による電場EAはE^=1212E である。極板Bの電荷Qが受ける力は, (6) 極板AとBの電荷は変わらないから, ガウスの法則よ り極板から誘電体までの電場は変化しない。 しかし、 比誘電率2の誘電体を差しこむから, 誘電体内の電場は 倍になる。よって,電気力線は図cのようにな 「F=qE」より F=Q12E=102 2S (4) 極板B に水平方向にはたらく電気的な力Fと、弾性力kadとがつりあう(図b)。 Q2 F=kad よって -=k4d ゆえに d= 2ks S d-4d 図 a A++++ B A +Q TOTELI+ + + + TATAL 5 -- + B +++++! ◆A クーロンの法則の比 例定数をko とすると N=4koQ C 1 である。 また Eo= 4ko ←B 別解 コンデンサーの 電気容量をCとすると S C=Eod-Ad Q=CV=Eod-Ad 図 c る。 (7) 極板B近くの電場は (3) の場合と変わらないから、電気的な力は変化しない。 よって V E=d-Ad F \k4d mmmmm 図 b S EOS V C 比誘電率 er の誘電 体内の電場の強さは、外の電 場の4倍となる。 Er

写真の波線部について質問です。十分時間がたったらコンデンサーの電気量は変化するとのような書き方がされていますが、コンデンサーは電池がなくなっても(スイッチが切れても)電気を蓄え続けるのではないのですか？なぜ電流が流れ出し電気量に変化が起こるのか解説よろしくお願いします

(3) スイッチを開くと, C の上側の正の電気と, 2C の下側の負の電気が 引力で引かれ合って, 放電が始まる。 「スイッチを開いた 直後」なので, 「コンデ ンサーから電流は流れ 出すが、まだ時間が 縫っていないので、電 気量に変化はない｣と いうこと。 よって, 図cのように Cの電気量は CV, 2C OFF!直後 の電気量は2CVのまま同じ で,電流ﾑが放電して いる。 ⑦ : + IR + IR-V2 - :. I₁ = = = 1 2R (V1 + V2) V 6R Sp 1 2 2R (V + 1/ V) ・V 9 20 週間放電 10₁ I₁ IR Stem C ア I₁ 015 TR →h L 図 C ++++ ま +C VS 91.2 まだ 不変 V₁ -CV₁ ++++_ +2CV₂ V₁ V1 = 0 0=V - Si + US+ : ⑧ { 0=-40-1)+0+0+0 2C V₂ -2CV₂ DEUS (RE

(2)について質問です。 解説では抵抗R(コンデンサーがない方)には電流I'が流れると新しく文字で置いてますが、コンデンサーの方に電流が流れないのであれば、(1)で電池を流れた電流Iがそのまま抵抗Rを流れるのではないのですか？解説よろしくお願いします

チェック問題 2 コンデンサーのスイッチの切りかえ はじめ、すべての電気量は0で ある。 図の回路で (1) スイッチを閉じた直後に2R の抵抗を流れる電流I を求めよ。 十分時間後のコンデンサー Cの電気量Qを求めよ。 解説 (1) 「スイッチを閉じた wwwm 「直後」というのは｢コンデンサー に電流が流れ込み始めたが,ま だ電気量は0である｣というこ とだね。 図a のように作図する。 2Rに流れている電流Ⅰの一部 がiに,残りがI-iとなって いることに注目しよう。 ⑦ : +2RI + iR-V = 0 ③ : +0 +0 + (I - iR- iR = 0 :.I= 2V 答i= 5R V 5R = (2)「十分時間後」というのは「も はやこれ以上コンデンサーに電 流は流れ込まない」ということ だね。図bのように作図するぞ。 ⑦ : +2RI' + I'R-V= 0 ③ : +V+V+O-IR=0 :-CV1 + 2CV2 図b V= 0 図 a R (3) (2)の後, スイッチを開いた直後にRの抵抗に流れる電流 を求めよ。 2RI ヘア |スイッチ 2R ON! 直後 0=N-N-Aga I-i ハイ) il DiR図 で OS NO SE SONOS 2RI' R (ア) TC) 十分時間後 (I-i) R 標準 10分 0 I'R 0 Ho Hol 流れない C 2C 0 2C 0 カラ 0 カラ I-i 6() 0 +CV₁ CV -CV₁ +2CV2 2CV₂ -2CV₂ 流回路 177

なぜ（2）のC上とかに×2をするのですか？

板に蓄 満たし 題 73 このときの極板間の電位差 V' を求めよ。 374. 誘電体の挿入 V[V] の電池をつないだ電気 容量 C〔F〕の平行平板空気コンデンサーがある。次の(1),V_ (2)のように,両極板間に比誘電率 εr の誘電体を入れた 場合について, コンデンサーに蓄えられる電気量をそれ ぞれ求めよ。 図 1 (1) 図1のように, 極板間の右半分を誘電体で満たした場合の電気量 Q1 [C] (2) 図2のように, 極板間の下半分を誘電体で満たし, その誘電体の上面を厚さの無視で きる金属板でおおった場合の電気量Q2 [C] 例題 74,383,385 例題 74,382,384 図2

問109のコンデンサーの問題です。 S1を端子2に切り替えたときC1の電圧が2/3Cのままである理由を教えてください。

109 ・回路とつなぎかえ> 電気量保存の法則と、電位差の関係式を用いる。 (イ)S, を端子2に入れる C2の電圧はEと等しい 「極板の間隔を2倍」 電気容量は倍 Aのほうへ電荷をもどそうとするが、 ダイオードに止められる ア) 回路は実質的に右図の実線部分となり, C1 と C2 は直列である。 C と C2 の電圧をそれぞれ V1, V2 とすると AB間の電圧について Vi+V2=E 電気量について Q=CV=2CV2 上記2式より V₁=E 別解 初期電荷が0だからCとC2の電圧の比は電気容量の逆数の比になる。 C+2CE=2/3E C の電圧 V は Vi=C+2C 2C (イ) S端子2に入れると, C2の極板間の電圧はEになるから,AB間の電位 差は Vi+E= 5 =1/32E+E=1E (ウ)BよりAのほうが電位が高いからDには順方向に電流が流れ,Dの電圧が 0になるまで電荷が移動する。 S2 を閉じた後の各コンデンサーの電位差を図のように V1, V2, Vと すると V1 + V2=V/3 ※A← ...... ① また、各コンデンサーに蓄えられている電気量はそれぞれ Q=CV1 Q2=2CV2 Q3 = 2CV3 点A側の電荷の保存より +Q+Q=+/CE+0 ゆえに Vi+2Vs = 212/2E 点P側の電荷の保存より -Q+Q2=1/3CE+2CE ゆえに Vi+2V2=1/32E -E q=Q₁==ce, 2 V-22-1/21. v= Q = 5 E₁ -3 ③ 5 ①, ②, ③ 式より V1, V2 を消去して V3 を求めると Vs= よって, 求める Q3 は 12 Q3=C₁V₁=2C ×52E=CE 12 別解 S2 を閉じた後の図で,点A, Pの電位をx, y と仮定する。点P側の 極板の電荷の保存より Cx(y-x)+2C×(y-0)=-12/3CE+2CE 点A側の極板の電荷の保存より C×(x-y)+2C×(x-0)=+/3/3CE+0 -E, =1/72E.y=1/2E -E 上記2式より x= 5 よって,C の電気量 Q, はQ=2C×(x-1)=2C×(1/E-0)=1/CE (エ) 極板の間隔を広げると電気容量が小さくなる※B。 「Q=CV」より,Q3が 一定ならば,C3 が小さくなると V3 は増加することとなる。 電荷はダイオードDを逆方向に流れることができないから, C3 の電荷が(ウ) のまま保たれる。 V1 Cx=2C×12=cQ==.22CE 2 11 2 _1.Q2 5 1 = U = 1 x V² - 1 · 2 0 - 1 0 ( 2 ) ² - 1 IC (CE) - CE = -CE2 25 144 2 2C 2 2C V20 E S1 |C1 P• ・C C 2 2C A A C₁ C₂ C1 B V3 C 2C より V1+V2=V3 S2 を閉じる前 A V₁ ※ A Vi+ V2=V V3 = V HE 2C B +2/3CE CE C3 P +2CE C21 2C-2CE B S2 を閉じた後 Ax 0 電位差 0 2C S₂ 文 C31 2C0 電位差 0 2C 気容量がいずれもC〔F〕のコンデンサー C1, C2, 抵抗値 108. 〈スイッチの切りかえによる電荷の移動> 図のように、電圧 Vo [V], 2V 〔V〕 の電池 E1, E2, 電 [R[Ω] の抵抗 R, スイッチ S1, S2 が接続されている。 最 初, スイッチ S1, S2 は開いていて,C1, C2 には電荷は蓄 えられていないものとする。また, 電池の内部抵抗は無 1+ 視できるものとする。 次の問いに答えよ。 Vo (V) E2 2V (V) (1) S, を閉じてから十分に時間が経過した。 この間に電池E」 がした仕事を求めよ。 (2) 次に, S, を開きS2を閉じた。 十分に時間が経過した後のC2 の両端の電位差を求めよ。 また, この間に電池 E2 がした仕事を求めよ。 (3) 続いて, S2 を開き, S1 を閉じた。 十分に時間が経過した後, Si を開き S2を閉じた。さら に十分に時間が経過した後の, C2 の両端の電位差を求めよ。 (4) この後,(3)の操作をくり返すと, C2 の両端の電位差はある有限な値に近づく。その値を 求めよ。 S ◆BC=es より電気容 量は極板間隔dに反比例する。 S₁ 180 114 コンデンサー 89 B R R [Ω] C₁ C [F] 109. 〈ダイオードを含むコンデンサー回路とつなぎかえ> 次のア~ウに当てはまる式を記せ。 また,エは指示通りに解答せよ。 A S2 C2 C [F] tr 図に示した回路において, C1, C2 は電気容量がそれぞれC, 2Cの平行平板コンデンサー, C3 は極板間隔を変えることが できる平行平板の空気コンデンサーで,あらかじめ電気容量 が2Cになるように極板間隔を調節してある。Eは起電力E の電池, S, S2はスイッチ, Dはダイオードである。 初め, C1, C2, C3 の電荷は0で, S1, S2 は開かれている。Dは順方 向のみに電流を通し, そのときの抵抗値を0とする。 まず, S1 を端子1に入れて C1, C2 を充電した。このとき、 C の極板間の電圧はアである。 次に, S1 を端子2に入れて, 十分時間が経 S を開いた。このとき, AB間の電位差はイになっている。この状態で、 と C3 にはウの電気量が蓄えられる。 次に, S2 を閉じたまま, Cg の極板 に広げた。 この操作の後, Ca における極板間の電圧 V, 蓄えられている電気 の電気容量 Cx と,極板を広げるのに必要とした仕事Uを, C, Eなどを用い れを区別してエに示せ。 S₁ E 12 =C2 B 110. 〈4枚の導体板によるコンデンサー回路) 次のア~スソーチの中に入れるべき数や式を求めよ。 る文章を解答群から選べ。 ただし,数式はC, V, dのうち必要なも

（4）です、 どうして絶対値を外すことができのかわかりません、 この状態で振動数の大小ってわかるんですか？

出題パターン 観測者 0, 振動数fの音を出す音 源 S, 反射板Rが図のように一直線音 上に並んでいる。 音速をc とする ここでRとOが静止し, Sが正の方 向に速さ”で動くときは、親の下での (1) 直接音の振動数 (2) 反射音の振動数 2 (3) 反射音の波長 入 RSO HOÁÓ 2 (4) 直接音と反射音によって生じるうなりの振動数はいくらか。 ただし,風 はないものとする。の伝わ ア:(波長)圧縮f= (分母小さく ) 解答のポイント! うなりの振動数 (1秒に何回うなるか) = 2つの振動数の差 解法 (1) (2)図 15-6のように, 音が伝わるよ うすを図示する。 ここでドップラー効果 が起こるのは図15-6では動く音源の音 の発射時のアとイで,アでは音源が前方 りの音の波長を「ギュッ」と圧縮し、で は後方の音の波長を 「ベローン」と引き 伸ばしている。 C f₂ f h2=- 48 振動数・波長 ・ うなり c+v = C- 音速 C f₂= c+vf cf C-v 静止 U ドップラー効果の式の立て方より、 ジ GUIDARTHOFOR-0450 08 GUD: c+v 1-2 (S) (1) steiadk ア直接音 V イ:(波長)引き伸ばした JIMS): (分母大きく) HIST (3) 引き伸ばされた反射音の波長については,すでにたとcとで2get! して いるので波の基本式より) 550 容 2 反射音 15-6 (4) 図 15-6 で観測者 いるので,うなりを観測する。 うなりの振動数は犬との差で, 7 (+9) TV- 2cvf cf_ f-fl=-=- まず何よりも先に振動数を計算しておいて, そ の後に波の基本式で波長を計算するのがコツ! t₂ 静止 というわずかに振動数の異なる音を同時に聞いて A till STAGE 15 ドップラー効果 165