ケン博士と学ぶ!コンデンサーをイメージして問題を解く!

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ケン博士コンデンサーとスイッチの問題は得意じゃろうか?

そろそろ、学校ではコンデンサーの分野に入ってきたのではないじゃろうか。
そんな中、なかなかわからない!という生徒も多いじゃろうとおもう。

そこで、今回はそんなみんなのために、こんな問題と解説動画を容易したぞい!

この問題がぱっとわからなかったら、ぜひ解説動画をみてほしいと思う。

諸君の健闘を祈る。

問題

電気容量が1μFで、極板間隔がdのコンデンサーがある。このコンデンサーを100Vの電源につないで充電をした。これを状態Aとする。

問題の図1

問題の図1

次の各問の物理量を答えなさい。

(1) 状態Aから、スイッチを入れたまま、比誘電率2の誘電体をコンデンサーに挿入した。十分時間がたったとき、コンデンサーに蓄えられている電気量を求めなさい。

問題の図2

問題の図2

(2) 状態Aから、スイッチを切ってから、極板間隔を2倍にした。十分時間がたったとき、コンデンサーの極板間の電圧を求めなさい。

問題の図3

問題の図3

どうじゃろうか。パットひらめかなかったものは、もしかしたら電気量とか電気容量がイメージできていないのかも、しれない。

そこでこちらの解説動画をぜひご覧頂きたい。

※ 動画の中で電池の向きと電気量の+・−の向きが逆になっていました。解く上では問題がありませんが、ご注意ください。

どうじゃったかの?では、そろそろ研究室に戻る時間がきた。また会おう!

コンデンサーイメージできていますか?

助手ケン博士ありがとうございました。

そろそろ学校ではコンデンサーが登場をしてきて、ますます回路の中に流れている電流を頭の中でイメージしたり、電位について立体的にとらえたりしていく必要がでてきました。

とくにコンデンサーとスイッチを使った問題は入試でも頻出になります。

パターンとしては、スイッチを「入れた瞬間」なのか、「十分時間がたっている」のか、
その時間的な問題も出題されます。これについては、大学入試センターが発表した、センター試験問題例についてもいえますね

またもう一つのパターンとしては、充電したコンデンサーについて、電源につないだまま電気容量を変えるのか、切ってから変えるのかというものもあります。

これらの問題は結局は、コンデンサーの中に蓄えられている電気量の動きをしっかりと
つかんでいくということが大切になります。

ケン博士の動画で紹介されていましたが、電気容量はコップの大きさにあたります。

電気容量

電気容量

そして、電気量はコップにはいった梱包材のようなもの(水に相当)。

電気量

電気量

電圧とは梱包材を押し込める力です。

電圧

電圧

このようなイメージがあたまにあると、Q=CVについても、もっと親しみをもって感じることができるはず。

そろそろ受験を意識した勉強にうつってきますね。ぼくもケン博士の助手として、頑張っていきますので、ぜひみなさんもついてきてくださいね。

次の科学のタネ

在校生は内部生向け動画も御覧ください。冬休みも近いので、頑張って作っていければと思います。

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プロフィール

桑子 研
桑子 研(くわこけん) 1981年群馬県生まれ。共立女子中学高等学校の理科教諭を務めるかたわら、サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など科学啓蒙書・参考書・絵本など10冊。東京書籍の教科書編集委員・ナリカサイエンスアカデミー公認講師。

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