電場の大きさと方向 ― 問題点と解決策

1.点電荷 Q = +10 μCから 5 cm 離れた点 A における電場の大きさと方向を計算します。 ( k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻²、1 μC = 10⁻⁶ C )

既知:

電荷(Q) = +10 μC = +10 × 10⁻⁶ C

点Aと点電荷Q間の距離( r A ) = 5 cm = 0.05 m = 5 x 10 -2 m

k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2

求む:点Aにおける電場の大きさと方向

解決策:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 1

点Aにおける電場の方向:

電荷は正であるため、電場の方向は電荷および点Aから離れる方向になります。

参照  磁気誘導 ― 問題点と解決策

2. 点電荷 Q = -2 0 μCから 10 cm 離れた点 P における電場の大きさと方向を計算します。k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2、1 μC = 10 −6 C。

既知:

電荷 (q) = -20 μC = -20 × 10⁻⁶ C

点Pと電荷間の距離(r P ) = 10 cm = 0.1 m = 1 x 10 -1 m

k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2

求めるもの:点Pにおける電場の大きさと方向

解決策:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 2

点Aにおける電場の方向:

電荷は負であるため、電場の方向は電荷の方向と一致する。

参照  熱 質量 比熱 温度変化 – 問題と解決策

3. 2つの点電荷が40cm離れています。2つの電荷の間にある点P(点Aから20cm離れた位置)における電場の大きさと方向を求めなさい。

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 3

既知:

電荷 A (q A ) = -2 μC = -2 x 10 -6 C

電荷 B (q B ) = + 4 μC = +4 x 10 -6 C

電荷Aと点P間の距離(r AP )= 20 cm = 0.2 m = 2 x 10⁻¹ m

電荷Bと点P間の距離(rBP )= 20 cm = 0.2 m = 2 x 10⁻¹ m

求めるもの:点Pにおける電場の大きさと方向。

解決策:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 4

電荷Aは負であるため、電場の方向はQA(左方向)を向いている。

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 5

電荷Bは正であるため、電場の方向はQBから離れる方向(左方向)を向いている。

点Aにおける全電場:

E = E A + E B

E = (4.5 x 10 5 ) + (9 x 10 5 )

E = 13.5 x 10⁵ N /C

電場の方向はQ A (左方向)を指している。

参照  位置エネルギー ― 問題点と解決策

4. 電場の大きさは…でゼロになる。

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 6

電荷Aは正であり、電荷Bも正であるため、両電荷の間の点Pでは電場の大きさはゼロとなる。

既知:

電荷A (q A ) = + 20 μC = +20 x 10 −6 C

電荷B (q B ) = +40 μC = +40 x 10 −6 C

k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2

電荷Aと電荷Bの間の距離= 20cm

電荷 A と点 P の間の電荷(r AP ) = a

電荷 B と点 P の間の距離(r BP ) = 20 – a

求む: …の位置で電場の大きさがゼロになる。

解決策:

電荷Aが点Pに生成する電場の大きさ

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 7

電荷Aは正であるため、電場の方向は電荷Aから離れる方向(右方向)を​​向いている。

点Pにおける電荷Bによって生成される電場の大きさ:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 8

電荷Bは正であるため、電場の方向は電荷Bから離れる方向(左方向)を向いている。

点 P = 0 における全電場:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 9

二次方程式の解の公式を使って a を求めます。

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 10

電荷Aから8cm、または電荷Bから12cmの位置では、電場の大きさはゼロとなる。

参照  距離と変位 - 問題点と解決策

5.下の図に基づいて、点Pにおける電場がゼロとなる点Pはどこにあるか?(k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻²、1 μC = 10⁻⁶ C)

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 11

解決策

T点Pにおける電界強度を計算してください。ただし、点Pには正の試験電荷が存在すると仮定します。1 は正であり、Qは正である。2 は負であるため、点PはQの右側にある必要がある。2 またはQの左側1点Pが点Qの左側にある場合1Qによって生成される電場1 点Pは左側(Qから離れる方向)にある1)そしてQによって生成される電場2 右方向の点P(Qの方向)1) 電場の方向は反対なので、2 つの電場は互いに打ち消し合い、点 P における電場の強さはゼロになります。

既知:

Q 1 = +9 μC = +9 x 10 −6 C

Q 2 = -4 μC = -4 x 10 −6 C

k = 9 x 10 9 Nm 2 C −2

電荷1と電荷2の間の距離 = 3cm

Q1と点P間の距離(r1P )= a

Q2と点P間の距離(r2P )= 3 + a

求めるもの:点Pにおける電場がゼロとなる点Pの位置

解決策:

点PはQ1の左側にある。

Q1によって点Pに生じる電場:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 12

試験電荷は正であり、Q1も正であるため、電場の方向は左向きとなる。

Q2によって点Pに生じる電場:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 13

試験電荷は正であり、Q2は負であるため、電場の方向は右向きである。

点Aにおける正味の電場:

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 14

二次方程式の解の公式を用いて、次の値を求めなさい。

a = -1.25、b = -13.5、c = -20.25

電場の大きさと方向 ― 問題と解決策 15

Q2と点Pの間の距離(r2P )= 3 + a = 3 – 1.8 = 1.2 cm。

点PはQ1の右1.2cmの位置にある。

参照  角運動量 ― 問題点と解決策

コメント