共通テスト(理科) 過去問
令和7年度(2025年度)追・再試験
問84 (物理(第4問) 問1)
問題文
次の文章を読み、後の問いに答えよ。ただし、電子の質量をm,電気素量をe,プランク定数をh,真空中の光の速さをcとする。実験は真空中で行い、重力の影響は無視できるものとする。
金属に、ある値より大きい振動数の光を入射すると、光電効果により電子(光電子)が金属から飛び出す。
図1のように、同じ金属でできた同じ大きさの極板AとBを、距離dだけ離して向かい合わせに平行に置いた。極板AとBに直流電源と電流計を接続し、極板Aを接地した。極板Aに振動数の大きい光を入射すると、回路に電流が流れる。これを光電流という。極板AとBの間の電圧によっては、光電流は流れなくなる。極板間には極板AからBに向かう電子が減速するように大きさVの電圧が加えられており、光電流を調整できるようになっている。光は単色光であり、極板Aのみに入射する。ただし、極板間の電場(電界)は一様で、放出された光電子による影響は無視できるものとする。
以下の問いでは、極板Aから飛び出した電子のうち極板Bに到達する電子を考える。
両極板に垂直にx軸をとり、右向きを正の向きとし、極板Aの位置を原点Oとする。極板間における電位のグラフとして最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
金属に、ある値より大きい振動数の光を入射すると、光電効果により電子(光電子)が金属から飛び出す。
図1のように、同じ金属でできた同じ大きさの極板AとBを、距離dだけ離して向かい合わせに平行に置いた。極板AとBに直流電源と電流計を接続し、極板Aを接地した。極板Aに振動数の大きい光を入射すると、回路に電流が流れる。これを光電流という。極板AとBの間の電圧によっては、光電流は流れなくなる。極板間には極板AからBに向かう電子が減速するように大きさVの電圧が加えられており、光電流を調整できるようになっている。光は単色光であり、極板Aのみに入射する。ただし、極板間の電場(電界)は一様で、放出された光電子による影響は無視できるものとする。
以下の問いでは、極板Aから飛び出した電子のうち極板Bに到達する電子を考える。
両極板に垂直にx軸をとり、右向きを正の向きとし、極板Aの位置を原点Oとする。極板間における電位のグラフとして最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
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問題
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共通テスト(理科)試験 令和7年度(2025年度)追・再試験 問84(物理(第4問) 問1) (訂正依頼・報告はこちら)
次の文章を読み、後の問いに答えよ。ただし、電子の質量をm,電気素量をe,プランク定数をh,真空中の光の速さをcとする。実験は真空中で行い、重力の影響は無視できるものとする。
金属に、ある値より大きい振動数の光を入射すると、光電効果により電子(光電子)が金属から飛び出す。
図1のように、同じ金属でできた同じ大きさの極板AとBを、距離dだけ離して向かい合わせに平行に置いた。極板AとBに直流電源と電流計を接続し、極板Aを接地した。極板Aに振動数の大きい光を入射すると、回路に電流が流れる。これを光電流という。極板AとBの間の電圧によっては、光電流は流れなくなる。極板間には極板AからBに向かう電子が減速するように大きさVの電圧が加えられており、光電流を調整できるようになっている。光は単色光であり、極板Aのみに入射する。ただし、極板間の電場(電界)は一様で、放出された光電子による影響は無視できるものとする。
以下の問いでは、極板Aから飛び出した電子のうち極板Bに到達する電子を考える。
両極板に垂直にx軸をとり、右向きを正の向きとし、極板Aの位置を原点Oとする。極板間における電位のグラフとして最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
金属に、ある値より大きい振動数の光を入射すると、光電効果により電子(光電子)が金属から飛び出す。
図1のように、同じ金属でできた同じ大きさの極板AとBを、距離dだけ離して向かい合わせに平行に置いた。極板AとBに直流電源と電流計を接続し、極板Aを接地した。極板Aに振動数の大きい光を入射すると、回路に電流が流れる。これを光電流という。極板AとBの間の電圧によっては、光電流は流れなくなる。極板間には極板AからBに向かう電子が減速するように大きさVの電圧が加えられており、光電流を調整できるようになっている。光は単色光であり、極板Aのみに入射する。ただし、極板間の電場(電界)は一様で、放出された光電子による影響は無視できるものとする。
以下の問いでは、極板Aから飛び出した電子のうち極板Bに到達する電子を考える。
両極板に垂直にx軸をとり、右向きを正の向きとし、極板Aの位置を原点Oとする。極板間における電位のグラフとして最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
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この過去問の解説 (2件)
01
電子は負の電荷(−e)をもつため、電場と反対向きに力を受けます。
電子が極板AからBへ進むときに減速するには、電子には左向き(−x方向)の力が働く必要があります。
したがって、電場は右向き(+x方向)です。
電場と電位の関係は、
E = −Δφ/Δx
なので、電場が+x方向なら、電位はxが大きくなるほど低くなります。
また、電場は一様なので、電位は直線的に変化します。
極板Aは接地されているため電位は0、極板Bの電位は−Vです。
よって、原点から−Vまで直線的に下がるグラフが正解です。
この選択肢が答えになります。
電子は負の電荷なので、受ける力の向きは電場と逆向きです。
電子を減速させる電場は+x方向となり、電位は右に向かって直線的に下がります。
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02
解答 右肩下がりの直線のグラフ(以下の図を参照)
解説
問題文に、「極板AからBに向かう電子が減速するように
大きさVの電圧が加えられており」とあります。
電子の加速度(電子にかかる力の向き): B→A向き
電場の向き: A→B向き
であり、電場は電位が下がる方向を向くので、
A→Bの方向に向かって電位は下がります。
平行平板コンデンサーの極板間には一様電場が発生するので、
その一様電場の大きさをEとすると、
(電位)=-Ex (x=dで(電位)=V)
という式になります。
これをグラフ化したものが答えとなります。
この選択肢が正解となります。
平行平板コンデンサーの極板間には一様電場が発生します。
この理由はガウスの法則を使って説明されます。教科書などで復習しておきましょう。
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