💡 ヒント：平行板コンデンサーと誘電体

📋 問題の状況を整理しよう

直感的理解

コンデンサーを電池で充電 → スイッチを切って誘電体を入れる（電池 OFF の場合）、あるいはスイッチを入れたまま誘電体を入れる（電池 ON の場合）の2パターンを比較する総合問題。

類題5と同じ「電池 ON/OFF」の枠組みですが、より詳しく \(Q, V, C\) の変化を追います。一定に保たれる量を見極めるのが最重要。

✏️ 求めるもの

(1) 最初に蓄えられる電気量 \(Q\)、(2a) スイッチ切で誘電体挿入後の電位差 \(V'\)、(2b) スイッチ入で誘電体挿入後の電気量 \(Q'\)。

🔬 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. (1) 最初の \(Q\)：\(Q = C \cdot V\)。与えられた容量と電圧を代入
  2. (2a) スイッチ切で誘電体：\(Q\) は一定。容量は \(C' = \varepsilon_r C\) に増える。新しい電位差 \(V' = \dfrac{Q}{C'} = \dfrac{V}{\varepsilon_r}\)
  3. (2b) スイッチ入で誘電体：\(V\) は一定。容量は \(C' = \varepsilon_r C\)。新しい電気量 \(Q' = C' V = \varepsilon_r Q\)
  4. 物理的チェック：どちらも容量が大きくなる方向で、(2a) は電圧減、(2b) は電荷増という「2つの別のルート」で反応する
注意

問題がスイッチの状態を明示している場合（例：「スイッチを切ってから」「スイッチを入れたまま」）、何が一定かを間違えるとすべての答えが狂う。また単位の接頭語（\(\mu\)F, pF）を忘れずに指数に直すこと。\(Q = CV\) の掛け算で指数計算を丁寧に。