【物理】

2020年(令和2年) 物理【第2問】

問1

導体部分は「太い導線」と見ることが出来るので、答えは「4」となる。

問2

この系の等価回路を考えれば、一方にコンデンサが1個、もう一方にコンデンサが3個直列につながったもの、が並列につながったものと考えられる。全てのコンデンサの静電容量は同じと考えれば、3つのコンデンサが直列につながった方にも、同じ電圧 $V$ がかかると考えられるので、その真中の1つのコンデンサ間にかかる電圧は $V$ の3分の1である。従って答えは「2」となる。

問3

フレミングの左手の法則より、ローレンツ力は下方向に働く。また、ローレンツ力は荷電粒子の運動方向に垂直に働くので、ローレンツ力は荷電粒子に仕事をしない。すなわち、荷電粒子の運動エネルギーは変わらない。従って、答えは「5」となる。

問4

荷電粒子の運動エネルギーの変化は
\begin{eqnarray}
\frac{1}{2} m (2 v)^2 – \frac{1}{2} m v^2 &=& \frac{3}{2} m v^2
\end{eqnarray}
であり、これが電位差 $V$ によって得られたエネルギーであるので
\begin{eqnarray}
q V &=& \frac{3}{2} m v^2 \\
V &=& \frac{3}{2} \frac{m v^2}{q}
\end{eqnarray}
となる。

また、質量が $m$ より大きい場合でも得られる運動エネルギーは等しいので、質量が大きいと速度は小さくなる。
従って、答えは「3」となる。

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