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理科 中学生

Q. 中学理科 電流計算  6️⃣の問題について、3枚目の下線部がわかりません💧‬

4 次の実験 1.2について あとの各問いに答えなさい。 ただし, 電流が流れる部分のうちでは, 電熱線以外の抵抗は考えないものとし、それぞれの電熱線の抵抗の値は変化しないものとしま す。さらに、電熱線で発生した熱はすべて水の温度上昇に用いられるものとし, 水から空気や 実験器具への熱の移動はなく、水の蒸発も考えないものとします。 【実験】 [1] 発泡ポリスチレンのカップに、くみ置きの水を 100g入れて温度計で温度を測定したところ、室 温と同じく 20.0℃だった。 [2] 電源装置, スイッチ、2つの端子,6.0Vの電圧 を加えたときに消費する電力が4.0W である電熱 線Pを導線でつなぎ, 電熱線Pを[1]の水にさし た。図1は、このときのようすである。 [3] 図1のクリップa〜dを, 電圧計,電流計の端 子につなぎ 電源装置の電圧の値を6.0V に設定し た。 図 1 電源装置 スイッチ ale 端子 温度計 端子 水100g 発泡ポリスチレン のカップ 電熱線 P [4] スイッチを入れて、水をガラス棒でかき混ぜながら,スイッチを入れてから7分間,電 流を流したところ、水の温度は24.0℃にまで上昇した。 【実験2】 スイッチ b a C 端子 温度計 [1] 2個の発泡ポリスチレンのカッ 図2 電源装置 プに,くみ置きの水を100gずつ 入れて,温度計で温度を測定し たところ, どちらの水の温度も, 室温と同じく 20.0℃だった。 [2] 電源装置, スイッチ, 2つの端 子, 電熱線P, 6.0Vの電圧を加 えたときに消費する電力が 6.0W である電熱線Qを導線でつなぎ, 電熱線P,Q を [1] の水に1本ず つさした。 図2は, このときの ようすである。 温度計 d 端子 水100g 電熱線Q 発泡ポリスチレン のカップ ↓ 水100g 発泡ポリスチレン 電熱線 P のカップ [3] 図2のクリップ a ~dを, 電圧計, 電流計の端子につなぎ, 電源装置の電圧の値を 6.0V に設定した。 [4] スイッチを入れて、水をガラス棒でかき混ぜながら,スイッチを入れてからの時間と, 水の温度の関係を調べた。 -5- 中H-303 1 2

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物理 高校生

キの問題なんですが、電位は無限遠基準で金属球内部では電位が等しいからbじゃなくてc点での電位を考えるべきだと思ったんですが答えはbでした。教えて欲しいです

W 86 13 静電気力と電場 105.〈帯電した導体がつくる電場〉 次の文中の に適切な数式または数値を入れよ。 ただし, 数式は, ko, a, bxQq のうち必要なものを用いて答えよ。 ガウスの法則によると, 任意の閉曲 面を貫く電気力線の密度は電場の強さ に等しい。 例えば, 真空中で点電荷を 中心とする半径rの球面を仮定して考 えれば,点電荷から出る電気力線の本 数を球の表面積でわった値が球面にお ける電場の強さとなる。 そのため,電 金属球 M Q -a- 図1 なぜここ電場ない 金属球殻 N Q 図2 0,0 N M 図3 気量g (g>0) の点電荷から出る電気力線の本数nは,真空中でのクーロンの法則の比例定数 ko を用いて, n=アと書ける。 図1のように,真空中に半径αの金属球Mがあり, Q(Q>0) の電気量をもつように帯電さ せた。金属球Mの中心Oから距離xだけ離れた点における電場の強さE,電位Vについて考 える。 ただし, 電位Vは無限遠方を基準とする。 xa のときは,金属球Mから出る電気力線は金属球Mの中心から放射状に広がると考 えられるため、電場の強さEは,E=イとわかる。 また、 その点の電位Vは, V=ウである。 また, x<a のときは,導体内部の電位は導体表面の電位と等しく, 導体内部に電気力線 が生じないことから,E= エ,V=オとなる。 図2のように,内半径 6, 外半径cの金属球殻Nがあり, -Qの電気量をもつように帯電 させた。このとき, 金属球殻Nが球殻内部の真空の空間につくる電場は,内部に発生する電 気力線のようすを考えると0である。 次に,図3のように, 真空中で, 金属球殻Nで金属球Mを囲い, 金属球殻Nの中心 O' が金 属球Mの中心Oに一致するように配置した。 ただし, a<b<c であり,金属球Mの電気量は Q,金属球殻Nの電気量はQのままであるとする。 このとき, 中心Oから距離 x(a<x<b) だけ離れた点における電場の強さ E' は,金属球 M, 金属球殻Nがそれぞれ単 独でつくる電場を足しあわせた合成電場の強さであるので,E'=カである。また,金 属球殻Nに対する金属球Mの電位 VNM は,金属球殻Nの内部には電気力線は生じないので VNM=キである。 金属球Mと金属球殻Nは,電位差 VNM を与えればQ の電気量が蓄えられるコンデンサー とみなすことができる。このコンデンサーの電気容量Cは,C 無限基準やから である。 Cとこの電位が のものとこの電位じゃないん? [20 関西大 ] 秘解

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