Movie size

5分でわかる!外力の仕事

1

子どもの勉強から大人の学び直しまで
ハイクオリティーな授業が見放題

カンタン登録1分

この動画の要点まとめ

ポイント

外力の仕事

高校物理 電磁気4 ポイント1 全部

これでわかる!
ポイントの解説授業
lecturer_avatar

前回の授業で、プラスあるいはマイナスに帯電した電荷が、位置エネルギーを持つことを学習しましたね。 電荷が持つ位置エネルギー とは、 静電気力が電荷を基準点まで運ぶのに行う仕事 のことを言いました。今回は、 外力 が電荷を移動させるときに 外力が行う仕事 について解説していきましょう。

静電気力に逆らって電荷を移動させる

lecturer_avatar

図のように、プラスの電荷を持つ板を置き、電位がVA[V]の点Aに+q[C]の電荷を置くケースを考えます。

高校物理 電磁気4 図

lecturer_avatar

電場の大きさを一定のE[N/C]とすると、電荷には静電気力qE[N]がはたらきますね。この静電気力に逆らって、外力F'を加え、電位がVB[V]の点Bまで電荷を運ぶことを考えます。

lecturer_avatar

点Bまで電荷を運ぶために加える力は 静電気力と逆の左向き になりますね。点Aから点Bまで運ぶときの経路は下の矢印になり、AがスタートでBがゴールだとしましょう。

高校物理 電磁気4 図

lecturer_avatar

スタートの点Aからゴールの点Bまで ゆっくり移動 させたとします。 ゆっくり移動 とは、物理では 加速度が0 を意味するので、 外力F'と静電気力qEは常につり合っていた と考えることができます。つまり F'=qE という式が成り立ちますね。

非保存力のした仕事=力学的エネルギーの変化量

lecturer_avatar

では、外力F'が点Aから点Bまで電荷を運ぶのにする仕事Wはどうなるでしょうか?

高校物理 電磁気4 図

lecturer_avatar

物理の第1章「運動と力」では、 非保存力がする仕事W は、 力学的エネルギーの増分 になる、つまり、 W=ΔK(運動エネルギーの増分)+ΔU(位置エネルギーの増分) であることを学習しましたね。電荷に加えた外力F'は非保存力なので、
W=ΔK(運動エネルギーの増分)+ΔU(位置エネルギーの増分)
で求めることができます。

lecturer_avatar

ΔK(運動エネルギーの増分)
電荷を点Aから点Bまで移動させたとき、運動エネルギーの変化はなく ΔK=0 ですね。電荷は点Aでも点Bでも静止しているので、速度は0です。したがって、運動エネルギーは一切考える必要はありません。

lecturer_avatar

ΔU(位置エネルギーの増分)
電位がVA[V]の点Aから、電位がVB[V]の点Bまで移動させるとき、電位の変化は ΔV=VB-VA ですね。電気量q[C]の電荷の位置エネルギーはqVなので、 ΔU=qΔV=q(VB-VA) となります。

lecturer_avatar

以上より、 外力が電荷にした仕事W
W=ΔU=q(VB-VA)
となります。

高校物理 電磁気4 クマさんのまとめ1−2行目 空欄埋める

lecturer_avatar

公式を丸暗記するのではなく、 非保存力のする仕事は力学的エネルギーの変化量 ということから立式できるようにしましょう。

静電気力の仕事WEは?

lecturer_avatar

外力が電荷にする仕事Wに対し、静電気力F=qEがした仕事WEはどうなるでしょうか?外力と静電気力は 同じ大きさで逆向き ですね。したがって、 WE=-W=-q(VB-VA) と表せます。

高校物理 電磁気4 クマさんのまとめ 空欄埋める

lecturer_avatar

電荷に対して 外力のする仕事Wと静電気力のする仕事WEの符号は正反対 であるということをしっかりと押さえておきましょう。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

外力の仕事
1
友達にシェアしよう!
Logo black
Register description
  • すべての授業の「要点まとめノート」「問題・解答」をPDF無料ダウンロードできる
  • 学校で使っている教科書にあわせて勉強できる
  • わからないところを質問できる

      会員登録をクリックまたはタップすると、利用規約・プライバシーポリシーに同意したものとみなします。