センター2016物理第1問 問2「誘電分極と静電誘導」

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物理が苦手な文子
不導体って電気が流れないのよね。だったら、電気は生じないんでしょ?

物理が得意な秀樹
確かに電気は流れないんだけど、電気は生じるんだよね。不導体であっても、原子でできているでしょ。原子って、正の電気を持っている陽子と、負の電気を持っている電子を持っているから、どんな原子も電気を持っているんだよ。ただ通常は、正の電気量と負の電気量が同じなので、打ち消しあって0に見えているけどね。問題文にある「誘電分極」っていうのが、不導体でも電気が偏って電気が生じている状態なんだ。

物理が苦手な文子
そう言われれば、なんか聞いたことがある。

物理が得意な秀樹
紙を細かく切って机の上に置いて、服でこすった下敷きを近づけると、細かく切った紙が下敷きにくっつくの知らない?

物理が苦手な文子
あ~見たことある気がする。

物理が得意な秀樹
下敷きを服でこすると、下敷きが電気を帯びるんだ。電気を帯びた下敷きを不導体である紙に近づけると、「誘電分極」のため、紙に電気が生じて下敷きにくっつくんだよ。

物理が苦手な文子
この実験の図2(a)と同じことね。紙が下敷きに“くっつく”っていうことは、いつも引力がはたらくっていうこと?

物理が得意な秀樹
その通り!帯電した棒に近い側は、必ず棒と逆の電気が生じるんだ。だから必ず引力になるんだね。

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物理が苦手な文子
なるほど。まずアの空欄には「引力」が入るのね。次は似たような実験だけど、今度は”導体”に棒を近づけたのね。導体は当然電気が生じるわよね。

物理が得意な秀樹
そうだね。導体には自由電子が存在するから、自由電子が移動することで電気が生じるんだね。このことを「静電誘導」と言うんだ。さっきの不導体の場合の「誘電分極」と似ているので間違えないように気をつけてね。

物理が苦手な文子
正に帯電した棒を近づけたんだから、図の導体Bの方に自由電子が移動するっていうことかな?

物理が得意な秀樹
その通りだね。導体Bは負に帯電するんだね。

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物理が苦手な文子
ということは、イの空欄も「引力」が入るのかな?

物理が得意な秀樹
正解!

物理が苦手な文子
最後は、AとBを離したのね。自由電子が移動して、Bは負に帯電しているんだから、Aは正に帯電してるんじゃない?

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物理が苦手な文子
ということは、ウの空欄には「正に帯電している」が入って、選択肢の中から選ぶと①になるわね。

物理が得意な秀樹
正解だ!一応確認だけど、問題文の3行目に「帯電していない導体A、B」とあるから、Aは正に帯電しているっていうことになるんだね。最初に「帯電していない」っていう条件がなければ、Aは帯電しているかどうかも分からないんだ。考えてみてね。