また, 2つの電球はともに電圧
なるとすると
日の操作 (a) で初めて
の選択
[3]
①
(b) くみ上げた正電荷を極板cと極板d に分配する。
大きく
少なく
小なく
大
小
(a)
電池の起電力により正電荷を極板cにくみ上げる。
上の考察から V2=4.5V なので イは,ウは⑤ と
V = 3.0Vと
る。2回目の
-Vを順に
→1ml
電
電位 (V)
75 V<0
起電力 Eの電池,スイッチ, 2つの電球 1,2および, 電気容量がそれぞれCi, C2の
2つのコンデンサー C, C2 を用いて,図1のような回路を組みたてた。 接地点は電位の
基準点である。
この回路において次のような操作を行った。
初め,2つのコンデンサーとも放電させ電気量が0の状態にした後,
(a) スイッチを端子 a の側に入れて,電球1が点灯し、やがて消えてから十分に時間
をおく。
(b) スイッチを端子 bの側に入れて、 電球2が点灯し、やがて消えてから十分に時間
をおく。
という意味をもつ。そのため,CとC2 の電気容量が等しいときには操作 (b) において電
荷が半分ずつに分配される。 すると, 電池の起電力がE = 6.0V のとき, 極板cの電位
(一) および極板dの電位 (----) は図2のように変化していく。
E=6.0
V3
4.5 V 2
コーヒ
1
6
●装置
続いて,
ピンサ
が
ンラ
以下,操作 (a) を行い,続けて操作(b) を行うことをくり返す。
スイッチ
端子 a_
「端子 b
0
30.V₁₂
6.0+45
電球1
電球2
0
極板 c
極板 d
電池
C₁
2
0
極板c
極板d
時間
01回目の1回目の2回目の2回目の3回目の3回目の4回目の
操作 (a) 操作 (b) 操作 (a) 操作 (b) 操作 (a) 操作 (b) 操作 (a)
図2
接地
図1
問1 上の1回目の操作 (a) を行ったとき, 電球1がコンデンサー C に及ぼす影響とし
て最も適当なものを,次の①~④のうちから1つ選べ。
問2 次の文章中の空欄アに入れる図として最も適当なものを、後の選択肢のうち
から1つ選べ。また, 空欄 イエに入れる数字として最も適当なものを,
電球1が点灯するとき電気エネルギーを光や熱のエネルギーに変換しているので,
電球1を接続しないほうが,十分に時間が経過した後のコンデンサー C に蓄えられ
る静電エネルギーは大きくなる。
② 電流は電球1を流れることで小さくなるため, 電球1を接続しないほうが,十分
に時間が経過した後のコンデンサー C に蓄えられる電気量は大きくなる。
③電球1の電圧降下のため、電球1が接続されているほうが, 十分に時間が経過し
た後のコンデンサー C の極板間に生じる電場は弱くなる。
スイッチを入れてから十分に時間が経過するとコンデンサー C に流れこむ電流
は0となるので, 電球1が接続されているときと接続されていないときとで,十分
に時間が経過した後のコンデンサー C の極板間電位差は同じである。
作 (a) と操作 (b)はそれぞれ,
の選択肢のうちから1つずつ選べ。 ただし, 同じものをくり返し選んでもよい。
2回目の操作 (a) の間のC2 の極板間の電場のようすが電気力線を用いて図3のよう
に表されるとき, 3回目の操作 (a) の間のC2 の極板間の電場のようすは図アの
うに表される。 ただし, ここでは電気力線の本数が電場の強さに比例するように表
てある。
図3
極板 đ
回目の操作 (b) の後,極板cと極板dの電位は等しくなっている。 これを
ると、2回目の操作 (b) の後の極板cと極板dの電位V2はV2=イウ
-2-