産業医科大学物理2012年第2問

図2で示したように、電気容量$C$ [F]のコンデンサーと起電力$V$ [V]の電池をつなぐ、以下の問1～8に答えなさい。

設問 1 コンデンサーの充電が終了した後にスイッチSを開いて、極板Aを図2のように大きさ$F_1$ [N]の外力を与えてゆっくりと力のつりあいを保ちながら、極板間隔を$d$ [m]から$2d$ [m]になるまで動かした。
- 問1 このとき、コンデンサーに蓄えられている静電エネルギー$U$ [J]を与えられた記号で表しなさい。
- 問2 外力$F_1$のした仕事$W_1$ [J]を与えられた記号で表しなさい。
- 問3 外力の大きさ$F_1$ [N]を与えられた記号で表しなさい。
- 問4 極板Bが極板Aの場所に作る電場の大きさ$E$ [V/m]を与えられた記号で表しなさい。
設問 2 次に、スイッチSを閉じて十分に時間が経過した、
- 問5 このとき、この回路に電流が流れたとするとその向きは以下のどれか、選択肢(ア)～(エ)から一つ選び、記号で答えなさい。
  - (ア) 極板Aから極板B
  - (イ) 極板Bから極板A
  - (ウ) 流れない
  - (エ) どれでもない
- 問6 このとき移動した電荷の総量$Q$ [C]を与えられた記号で表しなさい。
- 問7 ここで再び、図3に示したように、極板Aを極板Bの方へゆっくりと力のつりあいを保ちながら$d$ [m]だけ移動して極板間隔を$d$ [m]に戻す。このとき外力がした仕事$W_2$ [J]を与えられた記号で表しなさい。
- 問8 次に、このコンデンサーの極板間に比誘電率$\varepsilon_r$の誘電体を図4に示したように挿入する。誘電体とコンデンサーの幅(奥行)、長さ、厚さは互いに同じとする。極板の長さを$L$ [m]とし、長さ$x$ [m]だけ誘電体を挿入したときのコンデンサーの電気容量$C_1$ [F]を与えられた記号で表しなさい。