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Physics Senior High

Ⅳの(3)でd/3までの釣り合いが安定でそれより大きくなると不安定になる理由がわからないです。教えて頂きたいです。よろしくお願いします。

図 2-3 (a) のように, 前間と同じ平行板コンデンサーの極板P を自然長 ばね定数の絶縁体の軽い ばねに接続し ばねの他端を壁に固定した. また, 極板 P2 を壁から距離 l+dの位置に固定した (極板の厚さ は無視できる)、 極板 P1 P2 には, それぞれ電荷 +Q (Q > 0), -Qが蓄えられている。 また, 壁とばねの静 電誘導による電荷は無視できるものとする。 質量mの極板P は極板P と平行な位置関係を保って左右にな めらかに動くことができるものとする。 極板P1 に力を加えて壁から距離の位置に保持した。 極板P1 と極板 P2の間の電場の大きさをE。 とする. 図2-3 (b) のように極板P」を壁から距離(+ェの位置にゆっくりと移動した。 極板 P, にばねからはたら く力と極板間の静電気力がつりあうときの位置を Q, Fo, k, m, co のうち必要な記号を用いて表せ、ただ し, 0<x<d とする. ⅣV 次に, P1 を図2-3(a) の位置に戻し、 図2-4 (a)のようにスイッチと電圧Vo(> 0)の直流電源に接続し た。その後、スイッチを閉じ, 極板 P, に力を加えて図2-4(b) のように壁から距離+æの位置にゆっくり と移動した(ただし<z<dとする)。その後,極板 P, を移動するために加えていた力をなくした。導線が -Kx Pl + Q 0000000000 d (a) 10000000 極板P が及ぼす力は考えない (1) 極板 P1 が壁から距離1+の位置にあるときに極板P, にはたらく力F (x) を Vo, S, d, z, k, m, Eo のうち必要な記号を用いて表せ。 ただし, 極板 P1 から P2 に向かう向きを正とする. (2) 極板 P1 にはたらくばねからの力と極板間の静電気力がつりあう位置が存在するためには, Vo はある上 限値Vm より小さくなければならない。このVm を S, d, k, m, so のうち必要な記号を用いて表せ. (3) Vo Vmの場合に存在するつりあいの安定性について説明せよ。 ただし, 「a <æ <bの範囲に存在す るつりあいは安定(または不安定)」 という形式で,存在するすべてのつりあいについて言及せよ. Foyd FEQ P₁ P2 +Q 0000000000 HI l+x (b) ・ 114471 9 図2-3 P₁ P₂ 0000000000 V₁ (a) 図2-4 l+x d-x GV (b) 萬 Fol F:EG

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Science Junior High

(3)と(4)が分かりません なぜこの答えになるのか詳しく教えてください

まさつ 図1 図2 竹ひご 木の棒 77 隆雄さんと晴美さんは、摩擦で生じた電気によってはたらく力を調 べるため、 図1のように2本の竹ひごをセロハンテープで木の棒に 固定した。 次に, 2本の同じプラスチック製の曲がるストロー A, B をティッシュペーパーでこすった。 その後、 図2のように、ストロー Aを直角に折り曲げて一方の竹ひごにさし, 木の棒を水平にしてスト ローBを近づけると, ストローAは,図2のQの向きに振れた。 (1) 下線部Aについて,このとき生じた電気を ① という。また、スト 「ローとティッシュペーパーがそれぞれ帯びた電気の種類は(ア同 ② じである イ異なる)。 ① に適当な語を入れなさい。また、②の ( いものを一つ選び、記号で答えなさいと静電気タイ [ セロハンテープ ストロー B P ストロー の中から正し (2) ストロー Bのかわりに、同じ側から下線部Aのティッシュペーパーをストロー Aに近づけたと ストローAはどうなるか。 適当なものを、次のア~ウから一つ選び, 記号で答えなさい。 ア 動かない。 図3 ストロー B イ図2のPの向きに振れる。 ウ図2のQの向きに振れる。 イ 次に,再びストロー A, B をティッシュペーパーでこすったあとに直角に折 り曲げ, 図1の2本の竹ひごにさして木の棒を水平にすると、図3のようにス トロー A,Bは開いた。 その後、金属製の薬さじを上から下にストローAに そっと触れながら動かしていくと, ストロー A,Bの先端の間隔は,薬さじ を触れさせる前よりも小さくなった。 B ストロー A (3) 下線部 ® について,ストロー AがストローBから受ける電気の力について正しく説明している ものはどれか。 次のア~カから二つ選び, 記号で答えなさい。 アストローBがストロー Aから受ける電気の力と比べて大きい。 イストローBがストロー Aから受ける電気の力と比べて小さい。 2 ウ ストローBがストロー Aから受ける電気の力と等しい。 エ薬さじを触れさせる前と比べて大きい オ薬さじを触れさせる前と比べて小さい。 ウオ カ薬さじを触れさせる前と等しい。 A さらに、図3の木の棒の竹ひごがついた方をゆっくりと上に向け、ストロー A. Bの長い部分が 水平になるようにしたところ,C ストロー A,Bの先端の間隔が変化した。 WN 下線部について ストロー A,Bの先端の間隔は①(ア大きく • のようになるのは、ストロー A,Bの先端の間隔に関係する力の中で② の中から正しいものを一つ選びなさい。 また, である。 ①の ( さい。 T 動 小さくなる。こ の影響が弱まるから に適当な語を入れな

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