【物理の鬼門】コンデンサーとスイッチ、この２つのパターンさえ覚えればOK！
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
コンデンサーとスイッチの問題は得意じゃろうか？
諸君、勉強は順調に進んでいるかね？物理の授業もいよいよコンデンサーの分野に入ってきた頃合いじゃろうな。この単元、最初は何となくついていけても、スイッチのオン・オフや、誘電体を挿入したり、極板間隔を変えたりする問題が出てくると、途端に頭の中がごちゃごちゃになってしまう生徒が多いと聞く。
「スイッチ入れたままだと電圧は変わらない？」「スイッチを切ったら電気量は保存される？」…なんだか呪文のようで、なぜそうなるのか、頭の中で現象をイメージできずに丸暗記しようとしていないか？
物理は、暗記じゃなく、現象を理解することが何より大切じゃ。特にコンデンサーの単元は、単に計算するだけでなく、頭の中で電気の「流れ」や「たまり方」を立体的に思い描くことが、得意になるための秘訣じゃぞ。
そこで、今回はそんな悩める諸君のために、コンデンサーの基本が詰まったとっておきの問題と、その本質を理解するための解説を用意したぞい！この問題がパッとわからなかったら、ぜひ解説動画を見て、コンデンサーのイメージを掴んでほしい。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
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
(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
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！
コンデンサーの物理を「見える化」しよう！
ケン博士ありがとうございました。
ケン博士の動画にもありましたが、コンデンサーの問題を攻略するカギは、物理量のイメージです。特にこの2つのパターン。
スイッチを入れたまま（電源につないだまま）：コンデンサーの電圧は、電源の電圧と等しいまま一定になります。これは、まるで水道管に繋がったコップのようです。コップの大きさが変わっても、水道管の水圧（電圧）は常に一定に保たれます。
スイッチを切ってから：コンデンサーに蓄えられた電気量は、どこにも逃げることができず保存されます。これは、満タンになったコップにフタをして持ち運ぶようなイメージです。コップの形が変わっても、中に入っている水の量（電気量）は変わりません。
この2つのルールを頭に叩き込むことが、問題を解く上で非常に重要になります。そして、この関係性を表しているのが、あの有名な式、Q = CV です。
Q（電気量）：コップに入った水の量
C（電気容量）：コップの大きさ
V（電圧）：水を押し込む力
電気容量（C）は、極板の面積や間隔、誘電体の有無で変わります。つまり、コップの大きさが変わるということです。電圧（V）は電源の力、つまり水を押し込む力です。そして、電気量（Q）は実際にコップに溜まった水の量。
このイメージがしっかり頭に入っていれば、問題が問うている状況が、水道管に繋がっているのか、それともフタをされているのか、そしてコップの大きさがどう変わるのかを瞬時に判断できるようになります。
そろそろ受験を意識した勉強にうつってきますね。センター試験や共通テストでもコンデンサーとスイッチの問題は頻出です。この機会にぜひ、単なる計算ではなく、現象を「見える化」する力を身につけていきましょう！ケン博士の助手として、ぼくもみなさんと一緒に頑張っていきますので、ぜひついてきてくださいね。
お問い合わせ・ご依頼について
科学の不思議やおもしろさをもっと身近に！自宅でできる楽しい科学実験や、そのコツをわかりやすくまとめています。いろいろ検索してみてください！
・運営者・桑子研についてはこちら
・各種ご依頼（執筆・講演・実験教室・TV監修・出演など）はこちら
・記事の更新情報はXで配信中！
科学のネタチャンネルでは実験動画を配信中！
３月のイチオシ実験！
- 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
- 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。
書籍のお知らせ
- 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
- サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師・ショー・その他お知らせ
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③ 11:20-12:20
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
