Physics
มัธยมปลาย
質問
物理詳しい方、お願いしますm(_ _)m(問題の説明は省かせていただきます。写真の設問と解答をお読みください。)
(3)における解答の解説ですが、引力
Fがx=aまでした仕事は
Fa
であり、その仕事はコンデンサーの静電エネルギーの変化量(減少量)に等しい、と書いてあるので、
Fa=ΔE
らしいのですが、この場合、なぜバネによるエネルギーの変化が考慮されないのか、分かりません。
x=0でバネは自然の長さであるので、自分的には、バネを0からaまで伸ばすにはka²/2のエネルギーが必要であると考えて、
Fa=ΔE + ka²/2
の方が適しているのではないのか、と思いました。
なぜ自分が想像した式ではダメなのか、教えてください。
< 真空中で, 2 枚の金属板を向かいあ
コンデンサーがある。 一方の極板B は固定き
ゅう一方の極板Aにはばね定数ん のばねが接続されて
0、 Aは図のヶ軸に沿って動くことができる。ばねが自
長きのと きのAの位置をxヶ三0 とし, そのときの極板 罰
剛昌玖を9, 電気容量をCとする。Aを固定し, 電池を接続して, 極板間の電位差を
『とした。 電池を外したのち, Aの固定を外すと, Aは単振動をした。
| () 坂Aが位置=のにあるとき, コンデンサーの電気容量を求めよ。
人) (1)のとき, 静電エネルギーは, Aが動き始める前に比べてどれだけ減少したか。
6) AO単振動の振幅を求めよ。
上 AがBにもっとも近づくときのAの位置を求めよ。 (15. 横浜国立大 改)
EE
・コフテデンサーとエネルギー <
1 叶の真本中に. 幅. 長き | り | 人
CP* CP* |
2zg (9 壇記
*は, コンデンサーにたくわえられた電気量
B間の引力も変化しない。 Aは, 極板問引力とば
ニカとして. 単振動をする。このとき。 極板問引
動の中心となり, Aの固定を外した位置か
⑬)
距離が3
2 ァー Zにあるとき。
の プ 僅に
極板の間隅は、g@ーZ であり,
なっているので, 電気容量は
@
、 求める電気容量 C" は。の= G
ーc
にくわえられた電気量Oは, QニC で変化しない。
放 は,
Y)* (CV人還計2計2
2C 200縛抽計2半還C細
ッッサーに充電された震 電気 振動の中心
靖才しょいので, 極板則引力は
放しか い。 極板問引力と ばねの弾
参りあう点が振動の中心であ
層」)。 また. Aの固定を外した
か なの
極板問
た
間。 |
この位置が振 当 8 四1
次の中心までの距離が振中 6
| 李板問引力の大きる万を ke Aがァー0 からァーgへ移動
までに引カがした仕事 7Z ほ。 静電エネルギーの減少量に等しい
@ の結果から,
詞2CP* .負首
27 2の
本けカと弾性力がつり あう位置をャーx。 としで, Aにはたらく カ
あいの式を立てると
のー
(Y?
。 )人9
27 /ぷ=0 ぇ= 2g
たがって, 拓幅 で の
MAがにもっ とも近づく位置
Thは 拓生 重り砂である( (図2 )。
ま 0が枯動のな が 動の
上ひなので
yu
幽, えー
で極板AB間には。-
様な電場が生じている。
Ss
〇c=s訪 の関係から.
電気容量は極板の間隔に
反比例する。
〇①)の結果を利用して
いる。
鉛直ばね振り子と同様
に考えればよい。 鉛直ば
ね振り子では, 重力と弾
性力がつりあった位置が 肌
振動の中心となり, 物価 加4
を静かにはなした位置が
振動の端となる。
II 本
②コンデンサーにたくわ
えられた電荷がQ. 極板
間の電場の強さがのと
さ, 格板間引力の大きさ
戸は, すQ5 と表される。
1 人
p=す05=テ(CV) 2
CI
Fe22
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