Physics
高中
已解決
2枚目の問3の解答に「十分時間が経過したあと、両方のコンデンサーの極板間の電圧は1/3Vとなる」とあるのですが、1/3Vってどうやって出したのでしょうか？
A
C,は極板面積S,極板間隔dの平行板コンデンサーであり,極板間には何も
入っておらず真空である。 C2はC, と同じ極板面積と極板間隔であるが,極板間
に比誘電率2の誘電体がはさまれている。 このコンデンサー C1, C2 と抵抗値R
の電気抵抗R,起電力Vの電池, およびスイッチ St, S2 を使って図1のような
回路をつくった。 はじめ、スイッチ S, S2 は開かれており, コンデンサー C,
C2 に電荷は蓄えられていない。 真空の誘電率をco とする。
S2
S1
①
& SV
d
15
④ EodV
S2
Ha
CF...
問1 スイッチ S を閉じて十分に時間が経過したとき, C に蓄えられる電気量Q
として正しいものを,次の ①~⑥のうちから選べ。 Q
1
(5)
図 1
EodV
Eo SV²
2d
SIE
C₁ = a
80
す
80 SV
Q = d
20
物理 13
R
Oc
(3
⑥
Eo SV
de
Eod V2
2S
間
R
問2 次に、スイッチ S を開いてからスイッチ S2 を閉じ、 十分に時間が経過した。
この間にS2を通過した電気量は問1で求めた電気量Qを用いてどのように表
されるか。正しいものを、次の ① ~ ⑥ のうちから選べ。
01/1 0 0 1 0 0 / 0
1/1/0 5
V2
R
問3
問2でスイッチS2を閉じてから, 十分に時間が経過するまでの間に、電気
抵抗 R で生じるジュール熱を表す式として正しいものを、次の①~⑥のうちか
ら選べ。
3
Q Q
2-2
(2)
V²
2R
V=Q
"/
IN = IV
2
294
3 ter @ for © for for
QV
c
x-shock
2
V
61220
34h = 242
Q
2
Ja
2
6 2Q
B
V BI
ITR
Qier
Q'
V C
だ
位相が
nずれる
となる。
問1
1
A en
S
C. の電気容量は, C= com/ となるので、
蓄えられる電気量Qは,
Eo SV
Q=CV=
d
問2
試験本番は、普段当たり前のように使って
いた公式でさえ、わからなくなることがあ
る。 例えば、問1では, 静電容量の公式の
dとSが分母分子のどちらになるか迷って
しまうかもしれない。そんなときでも、落
ち着いて単位を考えてみよう。 誘電率の
単位は [F/m〕 だから, 〔m〕 をかければ,
電気容量の単位 [F] になることがわかる
から, S 〔m²〕 が分子で, d 〔m〕 は分母に
なるとわかる。 本番で平常心であることが
一番だが、緊張してド忘れしたときに対処
する方法も身に付けておこう。
となる。
よう
◆普段から、物理量の単位は意識
して覚えておこう
認し
2 3
比誘電率が2であることから, ==2より
E0
ABOVE
C2 の電気容量は2Cとなる。 両方のコンデン
サーに加わる電圧が等しくなるまで電荷が移動
するので,求める電気量を Q' とすると,
Q-Q'_ Q'
C
2C
=
2
:. Q = z Q
3
ある。 今回は最も
純な例であるが、問でそれぞれのコン
デンサーの電荷を (Q-Q') とQ'としたこと
「「電気量保存の法則」に、両方のコンデン
サーに加わる電圧が等しいとしたことが「電
「圧の関係式」に相当する。
3 (6)
問3
スイッチ S2 を閉じる前にコンデンサー
C に蓄えられた静電エネルギーUは,
v=1/12 CV== 1/2QVである。
静電エネルギー
が減少した分、抵抗でジュール熱が発生する。
問2より, 十分時間が経過した後、両方のコン
デンサーの極板間の電圧は
求めるジュール熱は,
となる。
-V となるので,
ov-17 ( 10v + 10 = v) = av
23
B ダイオードは, オームの法則に従わない。こ
のような非線形抵抗の扱いを理解しておこう。
問5
問4 4
ab 間の電圧がVであることから, R2 に
V
は の電流が流れる。 R1 からの電流とダ
R1
イオードからの電流が合流するので、キルヒ
ホッフの第1法則より, R2 を流れる電流は,
V
I+ となる。
R1
5
V
問4 より R2 に加わる電圧はR2I+ R₁
れに
1.5
電流 Ⅰ
1.5
7.
この
直
Dに加
非
25
物理
解答
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