物理についての質問です。原子物理学についてです。波長は求められたのですが、加速電圧を求める際にわからないことがあります。問題では反射電子線の強度が極大となる時の加速電圧を求めよとありますが、回答では、光の干渉で強め合う条件を使って、加速電圧を求めています。強度と干渉の関連が... 続きを読む

12/1 出題パターン 12/10 T そのまま 出る! 90 電子線回折 1/10 電圧 V で加速した電子線を間隔 dで並ん入射電子線反射電子線 だ原子面と 0 の方向に照射し, 0 の方向に 散乱される電子線の干渉を考える。電子の質 量をm,電気量を-e. プランク定数をん とする。 日 A . ボー 電気量 ものと 定数を ここで電子線の波長を求め、 反射電子線 の強度が極大となるときの加速電圧Vを 求めよ。 解答のポイント! 光の干渉と全く同様に, 電子波 波長 h mv の干渉を考える。 解法 図 26-10 のようにコンデンサーを用 いて,電子を加速する。 ここで力学 的エネルギー保存則より, ( m 1 0 (-e) (-V) = + mv2 後 m M 2 後 引力 m 電子を波 結晶内原子 VV電圧Vで加速する」とき たら、必ずこの図を描く [OV +/800 (4) (5) 原子 粒子と まま出 を用 る。 めの v = B/2eV + -ev とみなす omniel (1) 子 m as V h よって,電子波の波長は、 入= mv 9800 0200 h h 図26-10 λ== mv √2meV ♥nie Onie um. 14 図26-11 で光の干渉の3大原則: その1 よ り (光波の干渉と同じ) 強めあう条件は, 干渉 2xdsin0n (n:正の整数) 行路差 ①を代入して, nh 2d sine = √2meV n²h² V= 8d² me sin²0 (ここまで自力で導けるように!) 290 漆原の物理 原子 DAT 今 (4) 行路差 図26-11 み い る (2) ば

1つ前の質問の続きです。ワの回答は右上ら辺のところにあります。回答よろしくお願いしますm(_ _)m

gE₁ V₁₁ = k であることがわかる。 +z方向に磁束密度の大きさBの磁場を加えたとき,電子B が受けるローレンツ力は,{y軸の正} [ニの答〕の向きに大き さ qu, B 〔ハの答〕 である(図2)。 このローレンツ力によって, 電子が面{J} 〔ホの答〕 に集まる。 その結果, 面Jが負, 面 D が正に帯電し,D→Jの向きに電場Eができる。 定常状態では、この電場による 力 QE2とローレンツ力がつりあうから, すなわち 〔ロの答 ていく εS L ②は,極板の間隔がL-vet, 帯電量が Q + α2 で,その容量は = -C C2=I-vnt L-v₂t である。 qu₂B 極板 a' と h' の電荷の和は一定で -9 図2 [ヲの答〕 (Q-qì) + (−Q-q2)=-91-92 = -qN 1 + 2 = gN 0 = quBqE2 ∴. E2=vB 〔への答〕 である。 このときのDJ間の電圧は V₁ = が成り立つ。一方, コンデンサー ①の電圧は Q-91= Q-91 v2t C₁ C L 〔ワの答〕 U= Ezw= vBw ・①･･････ 〔トの答〕 であり, コンデンサー②の電圧は は となる。一方,回路を流れる電流は, 断面積 S = wd の断面を単位時間あたりに通 過する電気量に等しく 高 8p A V2 = Q+g2= C 2 Q+q2L-vzt 〔カの答〕 C L I=gnSv1 = qwdv......②.....〔チの答 と表せる。 ①,②よりを消去して, pcosfy=1- qndU V1 + V2 =V すなわち Q- + である。 コンデンサー ①と②は直列だから, その電圧の間には Q+q=& NU C₁ B= mgr C2 C gd x 〔リの答〕 I るとすると、より Mからの反射 1 1 1 の関係が得られる。 の関係が成り立つ。ここで, + = だから, CC2 C (2)極板a, hからなる間隔L, 面積Sのコンデンサーの容量は 91 = ES C = L C₁ 92 すなわち qvzt=q2(L-v2t) C2 ......④4 ...... 〔ヌの答〕 となる。 ③ ④よりαを消去して, である。 誘電体に注入されたシート状電子群を - gNに帯電した導体とみなし(図3), さらにこの導体m を導線でつないだ2 枚の極板 a', h' に置き換える (図4)。 極板 a, a' からなるコンデンサー ① は, 極板の間隔がust,帯電量が Q-9 で, その容量は 図3 -qN -q a だから 92=qN V₂t gN = m v2 L L xv₂t が得られる。 微小時間 At の間について,極板 h の電荷の変化量は、⑤より. .. ⑤...... 〔ヨの答〕 図 4 もう であり、抵抗に流れる電流は 20 Q+92 h a a h' Ia A92 qN ×2 4t L ES L C,= = 曲 C v₂t L-vet と表せる。 V₂t V₂t 〔ルの答〕 コンデンサー ① コンデンサー ② であり, 極板 h, h' からなるコンデンサー 電子群が移動できるのは誘電体の中だけだから, 電子群が面Hに到達すると Ag2 = gN L xvz4t

この問題でなぜsが10v高くなるのかがわからないので教えてください

5C 115 類題 6 図のように, 電気容量がそれぞれ2.0μF, 1.0μF のコンデンサー C1, C2 と, 2つの電源, スイッチS1, S2 を接続した。 まずスイッ チS のみを閉じ, PS間の電位差が10Vに なるまでコンデンサー C] を充電した。 (1) C1 のP側の極板上の電気量 Q [C] を求めよ。 RIS Sa 10V 25 V C= S C₂ T 次に, スイッチ S を開き, S2 を閉じて、 電源でPT間の電位差が25Vに なるようにした。コンデンサー C2 は, 初め充電されていないものとする。 (2)SとTの電位はどちらが何V高いか。 ヒント S側の極板における電気量の保存を考える。 初めに C, が電荷を蓄えているため、 電気量の合計が0とはならない点に注意。

この問題の4番について教えてください 『コンデンサーは完全に放電してしまうとありますが、 スイッチを開いた後でもQは保たれると習ったのですが，この場合は何か違うのですか？この違いを教えてほしいです。

内部抵抗がで起電力Eの 電池,抵抗値Rの抵抗, 電気容 量Cのコンデンサー,自己イン ダクタンスLのコイルおよび スイッチS1 ~ S4 を使って図の ような回路をつくった。 b点を 接地し、その電位を0とする。 A スイッチS と S4 を開き, 電池 S1 SA S2 S3 a R C= L b S2 と S3 を閉じて十分に時間がたった後に, S を閉じた。 (1) この直後にコンデンサーに流れる電流はいくらか。 (2) コンデンサーの極板間の電位差が Vになった瞬間に,コンデ ンサーに流れている電流はいくらか。 BAでコンデンサーを充電し終った後に, スイッチ S1 を開いた。 (3)この直後, コンデンサーの電気量はいくらか。 また, R を流れ る電流はいくらか。 (4) その後,抵抗R で発生する熱量はいくらか。

1番最後の問題文についてです。 「電源電圧の値を0にする」というのは「極板間の電位差を0にする」という認識であっていますか？

9. ばねにつながれたコンデンサー [ 福島大] 図1に示すように, 半径0.10mの金属円板 B を水 平に固定し, その真上にBと同じ金属円板 A を導体 でできた軽いばねと接続して水平に固定した。 このと きばねは自然の長さで,円板間距離は7.0×10-3m であった。Sはスイッチ, Eは直流電源である。金属 円板間の空気の誘電率を lllllll ばね 1 F/mとし,重 金属 円板 4 x 9.0×10 7.0×10-3m 力はないものとして,次の問い[A]~[C] に答えよ。 [A] 円板を固定したままスイッチSを閉じ,電源電 圧の値を2.52 × 103V まで徐々に大きくして,その 後,スイッチを開いた。次の値を求めよ (1) 金属円板 AB間の電気容量 (2) 円板Aに蓄えられる電気量 (3) 円板間に蓄えられる静電エネルギー スイッチひらいている。 [B][A]の状態において,円板間には引力がはたらい ている。いま, 円板 A の固定を解いて、この引力 につりあう力で支えながら円板AをBにゆっくり と近づけていったところ、 図2に示すように円板間 距離が 6.0 × 10-3mになったとき, 引力とばねの力 がつりあった。 円板Aを動かしている間の円板間の 引力が一定であるとして,次の値を求めよ。 (1) 失われた静電エネルギーの大きさ (2)引力が円板にした仕事と失った静電エネルギー の大きさが等しいとして求められる円板間の引力 うう (3) ばねのばね定数 図1 Qは保存される。 B S E 12.82×10 す S 2 E A 6.0×10-3m B 図2 SER RCD= QCDのD20 le [B] の状態から、蓄えられた電荷を放電し、電源電圧の値を0とした。円板 A が静 止した後、電源電圧の値を徐々に大きくしたところ円板AとBの間隔が 5.0×10-m になった。このとき電源電圧の値を求めよ。 ばねのびている 極板の商20 引 Aは上に戻る

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

高校の物理のコンデンサーの問題です。(1)と(2)は解けたのですが、(3)が4.4Vになる理由が分かりません。教えていただきたいです。

6 電気容量が2=3.0μF, C2=2.0 μF, C3=4.0μFの3つのコンデンサーと2個のスイッチS1、S2を10V の電池に接続した。 最初は, すべてのコンデンサーの電荷が0の状態で, スイッチは2つとも開いていた。 次の問いに答えなさい。 S1 (1) S を閉じてしばらく時間が経った後、 G に蓄えられた電荷は何Cか。 Ci- (2) 続いて, S1を開き, S2 を閉じてしばらくおいた。 S2 C3 に蓄えられる電荷は何Cか。 10 V (3)次に, S2 を開き, S1 を閉じてしばらくおいた。 C2 の両端の電圧は何Vか。 6 1 C3 J (1) 1.2×10c (2) 8.0×10°C (3) 4.4V

(3)の問題を電気量保存の法則でも解けますか？解き方がわかりません。

C3 107 図はコンデンサー C1, C2, C3 (電気) Cal 容量はそれぞれ C, 2C,3C) 電池(起 電力V)およびスイッチ St, S2と抵抗 R からなる回路である。 最初, スイッチは どちらも開いており、いずれのコンデン サーにも電荷はない。 S2 9 S1 C₁ C2 R A V I. まず, スイッチを閉じ, C1とC2 とを充電した。 (1)CL に蓄えられる電気量はいくらか。 (2)C2 にかかる電圧はいくらか。 II.次に, S を開いてから, S2 を閉じ、十分に時間がたった。

（3）で⊿U=cv＾2/2の式を使ったらダメなんですか？vって間隔を広げたことで変わるんですか？

89 -------- コンデンサーの極板間引力 次の文中の空欄にあてはまる式を記せ。 図のように、 真空中に面積がS(m²) の同じ形をした二 枚の薄い導体板を平行に置き、その間隔を変化させるこ とができるコンデンサーを作製した。 はじめに このコ ンデンサーの極板間隔をd 〔m〕 に固定し, 電位差V 〔V〕 で充電した。 コンデンサーの極板は十分に広く,極板間 隔は常に十分に狭いものとし, 真空の誘電率を80 〔F/m〕 とする。 (3) 物理 外カ このコンデンサーの電気容量は(1)(F)であり,コンデンサーに蓄えら れている静電エネルギーは (2) (J)である。ここで, コンデンサーに蓄え られている電荷が変化しないようにしながら, コンデンサーの極板を一定の 大きさの外力によりゆっくり移動させて間隔をx 〔m〕広げた。 これにより, コンデンサーに蓄えられている静電エネルギーは (3) 〔J〕 だけ増加した。 増加したエネルギーは外力が行った仕事によるものと考えられ,このことか ら極板が電場から受ける力は (4) 〔N〕であることがわかる。 <東海大)

この問題についてです。C5にも電流は流れるそうですが、あるyoutubeの講義を見たところC5の部分には電流が流れないと言ってました(抵抗は等しかったです)。これって上(下)の方に入ってくる電流と出ていく電流が異なるのでその分がC5を流れるということですか？

C2 HH C5 B C3 C4 HH HH 30V 389 合成容量 5個のコンデンサー C1~Cs を用い て右図の回路をつくる。 各々の電気容量は C=C=1.0μF,C2=C3=2.0μF, Cs=3.0μF である。 A, B間に30V の電位差を与えたとき, (1) 各コンデンサーが蓄える電気量 Q1〜 Q5 [μC] を求めよ。 (2) A, B間の合成容量 C [μF] を求めよ。 -380 C1