国公立大学2次対策2022 第6回 コンデンサー

金曜日, 1月 28, 2022

コンデンサー 大学入試 物理

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  コンデンサーの問題を大きく分けると,

  1. コンデンサーの理論(電気容量,極板間の電場)
  2. コンデンサーの接続と電荷の移動
の2つです.

 まず,コンデンサーに蓄えられた電気量$Q$と極板間の電位差$V$の関係$Q=CV$の導出過程を確認しましょう.ガウスの法則$N=\frac{Q}{\varepsilon }$から出発します.コンデンサーの極板間に誘電体や金属板を挿入したときの電場と電位のグラフや,比誘電率についても確認しておきましょう.極板間の電場を考えるときは,蓄えられた電気量と極板間の電圧のどちらが一定なのかに注意してください.電気量が一定ならば,ガウスの法則より極板間の距離を大きくしても電場は変化しません.同様に静電エネルギーを考えるときも,どの量が一定か注意しましょう.

 コンデンサーの極板間にはたらく力は,$F=\frac{1}{2}QE$と表されます.$F=QE$とはならないので注意しましょう.公式のように結果を用いる問題はあまり出題されませんが,導出過程が出題されます.同様に静電エネルギーの公式も導出過程が出題されることがあるのでおさらいしておきましょう.

 コンデンサーの接続では,電荷の移動に注目しましょう.回路をつなぎ替えることで,電荷が打ち消し合ったり,保存されたままになったりします.また回路の各点や極板の電位を考えるようにしましょう.慣れが必要なので,納得できるまで問題演習しましょう.

*『2022物理重要問題集』14「コンデンサー」に集録されている問題のうち,105,106がコンデンサーの理論の問題.104,107〜109がコンデンサーの接続に関する問題です.

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