コンデンサーE(コンデンサー回路−スイッチの切り替え)

1.導入

今日は回路の問題を解いていきましょう。

2.コンデンサー回路の解き方

前回最後に話をしましたが,閉回路のときは回路を一周すると電位差がゼロになります。 これを「キルヒホッフの法則」といいます(通常抵抗回路のときに使う言葉かもしれませんが, 私はこれで回路の問題は解決するので,キルヒホッフの法則と呼んでいます)。 また,「電子は隙間を飛び越えない」ので,島になっている部分にの電荷は保存されます。 これらの2式を立てることで,コンデンサー回路の電荷などを計算することができます。

ポイントは問題を解くときに,コンデンサーの電荷を仮定すること。 このとき,どちらがプラスの電荷になるか自分で決めてよい。 間違っていたら答がマイナスで出てくるだけ。
それと,どのように一周するかまず自分で決めること。 向きは自分の好きな向きでよい。(これらは運動方程式で加速度を設定して,間違っているとマイナスで出るだけと同じ)
そして,一周する際に上の図にあるように,電池を負から正に通過するときは,その電位差だけ+V, 逆向きに通過するときには−V,コンデンサーをプラスからマイナスに通過するときには電位は下がるので−Q/C, 逆に通過するときは+Q/Cとなります。

3.スイッチの切り替え問題

では,問題をやりながら練習してみよう。

解答です。(4)はヘビーですねー。

次回はコンデンサーの極板間に働く力を考えます。

授業を終えて。。。
問題が難しすぎるかもしれません。来年度は電荷がたまっている場合の直列の問題を入れて, この問題だけにして(4)を外すか,両方のスイッチを入れた状態と同じになることを伝えるだけにしてもよい。 もしくはC,2Cにでもするか?
途中で生徒から発言。「先生,ぜんぜんわからなくて,やばいですよ。おれだけじゃないですよ」って。
「どこがわからないの?」
「もうどこからかもわからない,記号の意味もよくわからない」
「どうやって教えていればよかったのかなー」
「先生は悪くないです。俺たちが問題やってないから」
って慰められたけど,やっぱり問題が難しいこともあるし, コンデンサーというみたこともないものを学習することに無理がある。 せめて抵抗から入っていった方がよいのかもしれない。
しかし,高校3年になってから質問が少なく,あいまいな顔をしていた。何度も質問はあるかと問いかけてきたが残念。 かなり反省をしました。

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