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問3の直前の問題文で「電圧がVcより小さくなると肉眼で点灯を確認できなくなる」と書いてあるので、これのことを言っているだけだと思います。回路は関係ないです。
また、Vcはコンデンサの電圧ではなく、電球の点灯が確認できなくなる限界の電圧です(電球に加わる電圧)。
Physics
มัธยมปลาย
เคลียร์แล้ว
物理です。
解説に出てくるVcを下回ると電球が点灯しなくなるという文の意味がわかりません、なぜそうなるのでしょうか。これはどの回路でも共通のことなのですか？
悩んでる問題は2枚目の問3で解説は3枚目の右側です。見ずらくてすみません。
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-
放物線の
E
t-ti
音源
る。また,2つの電球はともに電圧が0.50Vより小さくなると肉眼で点灯が確認でき
なくなるとすると,エ回目の操作(a)で初めて電球1の点灯が確認できなくなる。
オ
キ
①
大きく
アの選択肢
②
大きく
③
④
①
②
③
大きく
大きく
多く
多く
少なく
少なく
⑤
小さく
多く
t
⑥
小さく
多く
エ
の選択肢
①
1
(2)
③
2
3
④ 4
⑤ 5
⑥
6
⑦ 7
8
⑧
⑨ 9
⑦
小さく
少なく
大きい
小さい
大きい
小さい
大きい
小さい
大きい
⑧
小さく
少なく
小さい
上の先生
カに入
肢のうち
図1の装置において, コンデンサー C の電気容量がわかっていると, 電気容量が未知
のコンデンサー C2 の電気容量を見積もることができる。なお, 2つの電球は等しいもの
で, 電圧がVc より小さくなると肉眼で点灯を確認できなくなる。
13
0.7.
43.0
走: 図:
問3 コンデンサー C2 の電気容量 C2 を見積もる実験についての次の文章の空欄
気
~キに入れる語句の組合せとして最も適当なものを,後の①~⑧ のうちから1
つ選べ。
0.6
3/210
一連の操作では, 操作 (a) でくみ上げた正電荷を, 操作(b)と2の比率に応じ
て分配することになる。このとき,電気量保存の法則より,数式
E-V=C+C2
C23
-(E-Vn_1) (n=1, 2, 3, ...), V = 0 が成りたっている。 C2 が大き
いときと小さいときとで比較した場合,C2が大きいほど
C2
C1+C2
の値はなり,
電圧E-V, も オ なるので、電球が初めて点灯しなくなるまでの操作の回数は
カ なる。なお, Vc がよりキ 電球に交換することでこの操作回数を少なくす
ることは可能であるが, 見積もりの精度は低くなってしまう。
)
は
10
る一
また、上の考察から V2 = 4.5V なので
作前
C₁₂V n-1
C,V
E-V2=6.0-4.5=1.5V
図2をもとに考える。 まず, 1回目の操作 (b) の後, E-V = 3.0Vとなり,2回目の
操作 (a) では,E-V1 = 3.0Vが電球1に加わり点灯する。 2回目の操作 (b) では,
E-V1 = 3.0Vが電球2に加わり点灯する。 同様にE-V„を順に求めると
となる。
は④ウは⑤
般項 E-V, は小さくなり,に収束する。ただし,C2が大きいと公比Cfc2
C2
1
E-V=6.0-5.25 = 0.75V
E-V=6.0-5.625= 0.375V
GKmはコンデンサーの
電圧
に近い値であり,一般項 E-V の0への収束は遅くなり、 なかなか小さくならない
ため,V を下まわって電球が点灯しなくなるまでの操作の回数は多くなる。
電球を交換してVc を大きくすれば, E-V, Vcを下まわりやすくなるので,電球
が点灯しなくなるまでの操作回数を少なくすることができる。
Val
である。 よって, 4回目の操作 (b) の後, E-V = 0.375V < 0.5V となり, 続く5回目
の操作 (a) で初めて電球1の点灯が確認できなくなる。
以上より, 最も適当なものは ①。
コンデンサーの電圧
よって、エの正解は ⑤。
問3 問2の考察より
CE+C2Vm_1=CV+C2Vm
よって
Vm=
C1+C2
C2 V-1+
C1
E
C1+C2
両辺からEを引くと
C2
C+C2
V-E=- -(V-1-E)
すなわち
C2
E-V=- -(E-Vn-1)
C₁+C₂
以上より、問題文で与えられた数式が得られる。 この数列 {E-V,} は,初項(第0項)
C2
E-V(=E), 公比
の等比数列であるから,一般項は
C+C2
C2
立
C2
E-V=EC+C2
×
G+Cz
ここで
であり, CはC2が大きいほど小さくなり0に近くなる
/C+C2
+1
C2
から、公比
は C2 が大きいほど大きく, 1に近くなる。
C+C2
よって、E-V,もC2が大きいほど大きいことがわかる。
さて、上の等比数列は公比が0より大きく1より小さいので,nの増加とともに一
-3-
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解答ばかり読んでいて気づきませんでした、すみません、丁寧にありがとうございます🥲