共通テスト(理科) 過去問
令和7年度(2025年度)追・再試験
問85 (物理(第4問) 問2)

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問題

共通テスト(理科)試験 令和7年度(2025年度)追・再試験 問85(物理(第4問) 問2) (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。

次の文章中の空欄(   )に入れる式として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。

極板間では、光電子が極板Bに近づくにつれて速さが小さくなる。これは、光電子が極板AからBに移動する間に静電気力が光電子にする仕事をWeとするとき、(   )となるからである。
問題文の画像
  • We > eV
  • We = eV
  • 0 < We < eV
  • We = 0
  • We < 0

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この過去問の解説 (2件)

01

極板Aは0 V(接地)、極板Bは−Vなので、電子(電荷−e)がAからBへ進むとき、

電子が受ける静電気力は電場と逆向きとなります。

 

つまり、電子の進行方向と静電気力の向きが反対なので、電子は減速します。

 

電位差は Δφ = −V、電子の電荷は q = −e だから、位置エネルギーの変化は

ΔU = qΔφ
  = (−e)(−V)
  = eV

静電気力のする仕事は位置エネルギーの変化と逆符号なので、

We = −ΔU = −eV

したがって、We < 0 となります。

選択肢5. We < 0

この選択肢が答えになります。

まとめ

電子が進む向きと静電気力の向きが反対のとき、静電気力のする仕事は負になります。

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02

解答 We<0

 

解説

問題文に、

「光電子が極板Bに近づくにつれて速さが小さくなる」

とあります。減速するということは運動エネルギーが

失われているので、静電気力が電子にする仕事は負です。

 

よって答えは We<0 となります。

選択肢5. We < 0

この選択肢が正解となります。

まとめ

仕事の符号はエネルギーを与えるか奪うかを表していて、

力や移動方向の向きを表すものではないことに注意してください。

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