クーロンの法則④(過去問にチャレンジ)

大きさが等しい二つの導体球A,B がある。両導体球に電荷が蓄えられている場合,両導体球の間に働く力は,導体球に蓄えられている電荷の積に比例し,導体球間の距離の2 乗に反比例する。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし,両導体球の大きさは0.3 m に比べて極めて小さいものとする。

(a) この場合の比例定数を求める目的で,導体球 A に+2×10-8 C,導体球 B に+3×10-8 Cの電荷を与えて,導体球の中心間距離で 0.3 m 隔てて両導体球を置いたところ,両導体球間に6×10-5 N の反発力が働いた。この結果から求められる比例定数[N・m²/C²]として,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし,導体球A,B の初期電荷は零とする。

(1)3×109 (2)6×109 (3)8×109 (4)9×109 (5)15×109

(b) 小問(a)の導体球A,B を,電荷を保持したままで0.3 m の距離を隔てて固定した。ここで,導体球A,B と大きさが等しく電荷を持たない導体球C を用意し,導体球C をまず導体球A に接触させ,次に導体球B に接触させた。この導体球C を図のように導体球A と導体球B の間の直線上に置くとき,導体球Cが受ける力が釣り合う位置を導体球A との中心間距離[m]で表したとき,その距離に最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1)0.095 (2)0.105 (3)0.115 (4)0.124 (5)0.135

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