💡 ヒント:電場のする仕事

📋 問題の状況を整理しよう

直感的理解

電場中で電荷を A→B→C→D→E と動かしていくとき、各区間で電場がする仕事を求める問題です。ポイントは「仕事は始点と終点の電位差だけで決まる(途中の経路は関係ない)」という保存力の性質です。

重力の仕事に例えるなら、高さ 10 m から 2 m へ荷物を降ろすと重力がする仕事は同じ(途中でどう動こうが)。電場も同じで、電位の高いところから低いところへ正電荷が動けば電場が正の仕事をします。

✏️ 求めるもの

各区間(A→B, B→C, C→D, D→E)で電場が正電荷 \(q\) にする仕事。等電位面を横切らない区間(例:B→C 等電位面上の移動)では仕事がゼロになります。

🔬 シミュレーションで体感

👀 観察のポイント

💡 考え方のヒント

🔧 使う道具
  1. 各点の電位を読む:等電位線の図から A, B, C, D, E の電位を確認
  2. 各区間の電位差を計算:\(V_{\text{始}} - V_{\text{終}}\) を書き出す
  3. 公式に代入:\(W = q(V_{\text{始}} - V_{\text{終}})\) で各区間の仕事を求める
  4. 符号に注意:電位差が正なら仕事正(電場がエネルギーを放出)、負なら仕事負(外力が仕事をする必要あり)
  5. 検算:全区間の合計 = \(q(V_A - V_E)\) になるはず
注意

電場のする仕事は「電荷 × 電位差」で、始点と終点の電位だけで決まります。途中で曲がりくねった道を通っても値は変わりません。等電位面上の移動では電位差が 0 なので仕事も 0。低電位 → 高電位への移動では仕事が負になることに注意(符号を絶対にミスしないこと)。