電験三種 平成22年度(2010) 理論 問17(a) 過去問解説
(選択問題:問17または問18のどちらか1問を解く)
真空中において,図に示すように,一辺の長さが 6[m]の正三角形の頂点Aに $4 \times 10^{-9}$[C]の正の点電荷が置かれ,頂点Bに $-4 \times 10^{-9}$[C]の負の点電荷が置かれている。正三角形の残る頂点を点Cとし,点Cより下した垂線と正三角形の辺ABとの交点を点Dとして,次の(a)及び(b)に答えよ。
ただし,クーロンの法則の比例定数を $9 \times 10^9$[N·m²/C²]とする。
(a) まず,$q_0$[C]の正の点電荷を点Cに置いたときに,この正の点電荷に働く力の大きさは $F_{\mathrm{C}}$[N]であった。次に,この正の点電荷を点Dに移動したときに,この正の点電荷に働く力の大きさは $F_{\mathrm{D}}$[N]であった。力の大きさの比 $\dfrac{F_{\mathrm{C}}}{F_{\mathrm{D}}}$ の値として,正しいのは次のうちどれか。

- (1) $\dfrac{1}{8}$
- (2) $\dfrac{1}{4}$
- (3) 2
- (4) 4
- (5) 8
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正解は(1)
使う公式
点電荷のつくる電界 $E = k\dfrac{Q}{r^2}$(E:電界[V/m]、k:比例定数 9×10⁹[N·m²/C²]、Q:電荷[C]、r:距離[m])
電界から受ける力 $F = qE$(F:力[N]、q:置いた電荷[C])
解説
【考え方】力は電界に比例するので、点Cと点Dの電界の大きさをくらべます。電界は向きを考えて足し算します。
■1 点Cの電界
A、B から C までは 6 m です。
$E_A = E_B = 9 \times 10^9 \times \dfrac{4 \times 10^{-9}}{6^2}$
$= \dfrac{36}{36} = 1\,\mathrm{V/m}$
A の電界は A から遠ざかる向き、B の電界は B に向かう向きです。
2本は同じ大きさで、向きが 120°ちがいます。
矢印をつなぐと正三角形になるので、合わせた電界も1本と同じ大きさで、AB と平行(A→B の向き)になります。
$E_{\mathrm{C}} = 1\,\mathrm{V/m}$
■2 点Dの電界
A、B から D までは 3 m です。どちらの電界も B の向きなので、足し算します。
$E_A = E_B = 9 \times 10^9 \times \dfrac{4 \times 10^{-9}}{3^2}$
$= \dfrac{36}{9} = 4\,\mathrm{V/m}$
$E_{\mathrm{D}} = 4 + 4 = 8\,\mathrm{V/m}$
■3 力の比
$\dfrac{F_{\mathrm{C}}}{F_{\mathrm{D}}} = \dfrac{q_0 E_{\mathrm{C}}}{q_0 E_{\mathrm{D}}} = \dfrac{1}{8}$
答えは(1)ピヨ。
A、B から C までは 6 m です。
$E_A = E_B = 9 \times 10^9 \times \dfrac{4 \times 10^{-9}}{6^2}$
$= \dfrac{36}{36} = 1\,\mathrm{V/m}$
A の電界は A から遠ざかる向き、B の電界は B に向かう向きです。
2本は同じ大きさで、向きが 120°ちがいます。
矢印をつなぐと正三角形になるので、合わせた電界も1本と同じ大きさで、AB と平行(A→B の向き)になります。
$E_{\mathrm{C}} = 1\,\mathrm{V/m}$
■2 点Dの電界
A、B から D までは 3 m です。どちらの電界も B の向きなので、足し算します。
$E_A = E_B = 9 \times 10^9 \times \dfrac{4 \times 10^{-9}}{3^2}$
$= \dfrac{36}{9} = 4\,\mathrm{V/m}$
$E_{\mathrm{D}} = 4 + 4 = 8\,\mathrm{V/m}$
■3 力の比
$\dfrac{F_{\mathrm{C}}}{F_{\mathrm{D}}} = \dfrac{q_0 E_{\mathrm{C}}}{q_0 E_{\mathrm{D}}} = \dfrac{1}{8}$
答えは(1)ピヨ。
出典:平成22年度(2010) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問17(a)