第一種電気工事士 過去問
令和8年度(2026年) 上期
問1 (電気に関する基礎理論 問1)
問題文
図のように、空気中に距離r[m]離れて、2つの点電荷+Q[C]と−Q[C]があるとき、これらの点電荷間に働く力F[N]は。
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問題
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第一種電気工事士試験 令和8年度(2026年) 上期 問1(電気に関する基礎理論 問1) (訂正依頼・報告はこちら)
図のように、空気中に距離r[m]離れて、2つの点電荷+Q[C]と−Q[C]があるとき、これらの点電荷間に働く力F[N]は。
- Q/r2に比例する
- Q/rに比例する
- Q2/r2に比例する
- Q3/rに比例する
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この過去問の解説 (3件)
01
クーロンの法則に関する出題となります。
クーロンの法則とは、電荷の間に働く力(クーロン力と言います)は、それぞれの電荷の掛け算に比例し、距離の2乗に反比例するという、電磁気学では基本的な法則の一つとなります。
クーロン力を導出する公式は、次の通りとなります。
k(定数項)×Q1Q2(電荷を掛け算)÷rの2乗(距離の2乗に反比例)
この定義に基づけば正答を絞り出す事は可能ですが、本問は少し引っ掛けに近い解答となっています。
それでは各選択肢の解説をしていきます。
この選択肢は、「それぞれの電荷の掛け算」ではありませんので、誤りです。
この選択肢は、「それぞれの電荷の掛け算」ではない事に加え、距離の2乗に反比例するという公式にも当てはまらなくなっているので、誤りです。
この選択肢は、クーロン力の公式に当てはまりますので、正答となります。
ただし、クーロン力の公式は「それぞれの電荷を掛け算」(Q1×Q2)ですので、問題文中にある+Qと-Qの絶対値がそれぞれ等しいという前提が必要となります。これは、たまたま絶対量が同じ電荷同士だからQの2乗としても差し支えない、というだけであり、クーロン力の公式の理解としてQの2乗が正しい解釈という訳ではありません。
逆に、「距離の2乗に反比例する」事はクーロン力の公式として正しい解釈となります。
同じ2乗するという計算式でも、それぞれの意味するところの違いは理解する必要があります。
冒頭で引っ掛けと説明した理由は、Qの2乗が正式な解釈ではなく、「+Qと-Qはそれぞれ等しい値とする」というような補足事項も無い為です。これは理論的理解よりも、日本語の読解量が試されている部分ともいえます。
この選択肢は、「それぞれの電荷の掛け算」と「距離の2乗に反比例する」クーロン力の公式に当てはまりませんので、誤りです。
クーロンの法則は基本的な理論の一つですので、マスターする意義は大きいです。
特に本問は正解の選択肢がクーロンの法則に完全に当てはまる書き方をしておりませんので、ある程度の応用も求められる設問と言えます。
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02
正しい選択肢は「Q²/r²に比例する」です。
2つの点電荷の間に働く力は、クーロンの法則によって求めます。力の大きさは、2つの電荷の大きさの積に比例し、電荷間の距離の2乗に反比例します。
この問題では、電荷が+Q[C]と−Q[C]なので、電荷の大きさの積はQ²となります。
したがって、力FはQ²/r²に比例します。
クーロンの法則による点電荷間の力の大きさFは、
F=k×Q²/r²
と表せます。
ここで、kは空気中ではほぼ一定の値です。
したがって、力FはQ²に比例し、距離rの2乗に反比例します。
また、+Qと−Qは符号が反対の電荷なので、互いに引き合う力が働きます。
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03
クーロンの法則の公式を正しく理解しているのか問われる問題です。
①電荷の積と力の関係②距離と力の関係
この2点をしっかり理解できていれば正解できます。
この問題は「磁石」をイメージすると理解がしやすいです。
+Q[C]:磁石のN極 -Q[C]:磁石のS極
この様にQを磁石に置き換えるとQ間に働くF[N]は想像しやすくなります。
【①電荷の積と力の関係】
磁石のN極とS極は引き合い、N極同士など反発し合います。
それは磁力が大きいほどそれぞれの力の大きくなります。
→電荷(Q)の積(Q2)に比例します。
【②距離と力の関係】
磁石間の距離が離れるほど、引き合う力や反発しあう力は弱くなります。
磁石間の距離が1mmと10cmでは磁石間の力は差が出てきます。
→距離の2乗に反比例します
【クーロンの法則】
F[N]=14πε0Q1Q2r2=14πε0Q2r2
F[N]:働く力
ε0:真空の誘電率
Q[C]:電荷
r[m]:距離
電荷の積に比例するので、Qのみでは誤りです
電荷の積に比例する、距離2乗に反比例するのでQ/rでは誤りです
電荷の積に比例して、距離2乗に反比例しているので正答です
電荷の積に比例するので、Q3は誤りです。そして距離2乗に反比例していないです
電荷の問題は日常生活で直接目にする機会が少ないですが、実際に多くのいたるところに法則が使われています。
電荷間に働く力は、電荷の積に比例して、距離2乗に反比例するこの関係を必ず理解しておいてください。
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