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2019年度 理論 問12
図のように、極板間の距離 d d d [m]の平行板導体が真空中に置かれ、極板間に強さ E E E [V/m]の一様な電界が生じている。質量 m m m [kg]、電荷量 q ( > 0 ) q (>0) q ( > 0 ) [C]の点電荷が正極から放出されてから、極板間の中心 d 2 \frac{d}{2} 2 d [m]に達するまでの時間 t t t [s]を表す式として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 ただし、点電荷の速度は光速より十分小さく、初速度は0m/s とする。また、重力の影響は無視できるものとし、平行板導体は十分大きいものとする。
出典:第三種電気主任技術者 2019年度 理論 問12
回答を選ぶ 選択すると結果を表示 1 m d q E \sqrt{\dfrac{md}{qE}} q E m d
2 2 m d q E \sqrt{\dfrac{2md}{qE}} q E 2 m d
3 q E d m \sqrt{\dfrac{qEd}{m}} m q E d
4 q E m d \sqrt{\dfrac{qE}{md}} m d q E
5 2 q E m d \sqrt{\dfrac{2qE}{md}} m d 2 q E
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正答・解説を確認する 正答:(1) 要点 正解は(1)。点電荷にかかる力 F = q E F = qE F = q E [N]。運動方程式 F = m a F = ma F = ma より、加速度 a = q E m a = \dfrac{qE}{m} a = m q E [m/s2 ^2 2 ]。初速度 0 で距離 x = d 2 x = \dfrac{d}{2} x = 2 d 進むのに要する時間 t t t は、等加速度直線運動の式 x = 1 2 a t 2 x = \dfrac{1}{2}at^2 x = 2 1 a t 2 より、。
詳細解説を読む 点電荷にかかる力 F = q E F = qE F = q E [N]。 運動方程式 F = m a F = ma F = ma より、加速度 a = q E m a = \dfrac{qE}{m} a = m q E [m/s2 ^2 2 ]。 初速度 0 で距離 x = d 2 x = \dfrac{d}{2} x = 2 d 進むのに要する時間 t t t は、等加速度直線運動の式 x = 1 2 a t 2 x = \dfrac{1}{2}at^2 x = 2 1 a t 2 より、d 2 = 1 2 ( q E m ) t 2 \dfrac{d}{2} = \dfrac{1}{2} \left( \dfrac{qE}{m} \right) t^2 2 d = 2 1 ( m q E ) t 2 d = q E m t 2 d = \dfrac{qE}{m} t^2 d = m q E t 2 t 2 = m d q E t^2 = \dfrac{md}{qE} t 2 = q E m d t = m d q E t = \sqrt{\dfrac{md}{qE}} t = q E m d