H30年度第１回高認物理基礎大問５解説

大問５

問１【電圧・電流・抵抗】

　抵抗に加える電圧を変化させて、流れる電流を測定したところ、図のような結果が得られた。
この抵抗の値は何Ωか。

　$V = RI$なので、$4 = R \times 0.1$

$R = 4 \times 10 = 40$（Ω）

問２【直列・並列回路の電力】

　同じ抵抗と同じ電池を用いて、図１と図２のような回路を作った。
図１の回路で消費される電力$P_1$と、図２の回路で消費される電力$P_2$の比率$P_1 : P_2$はいくらか。

　図１の回路の抵抗は$2R$なので、$V = 2R \times I_1$

$I_1 = \dfrac{V}{2R}$

$P_1 = VI_1 = V \times \dfrac{V}{2R} = \dfrac{V^2}{2R}$

　図２の回路の抵抗は$\dfrac{1}{\dfrac{1}{R} + \dfrac{1}{R}} = \dfrac{1}{\dfrac{2}{R}} = \dfrac{R}{2}$

$V = \dfrac{R}{2} \times I_2$

$I_2 = V \times \dfrac{2}{R} = \dfrac{2V}{R}$

$P_2 = VI = V \times \dfrac{2V}{R} = \dfrac{2V^2}{R}$

　よって、$P_1 : P_2 = \dfrac{V^2}{2R} : \dfrac{2V^2}{R} = V^2 : 4V^2 = 1 : 4$

問３【電気とエネルギー】

・物体に電気がたまったままで流れない状態にある電気を静電気という。
静電気は、例えば摩擦による２つの物体間の電子の移動により生じる。
落雷は雲の中で生じた静電気の放電である。（正しい。○）
・電流には直流と交流がある。
発電所からの送電では交流が使われることが多く、電圧を高くすることで電力損失を小さくしている。（正しい。○）
・磁場の中に置かれたコイルに電流を流すと電流に力がはたらきコイルが回る。これがモーターの原理である。
一方、コイルに力を加えて回すとコイルに電流が流れる。これが発電機の原理である。（正しい。○）
・現在、主に使われているエネルギー資源である石油や石炭などの化石燃料は、限りある資源である。
また、燃料としてウランを使う原子力は、再生可能エネルギーではない。（よって、間違っている。×）

問４【電磁波】

　電磁波は、その波長により分類されている。
電磁波を波長の長いものから短いものに並べると、電波－赤外線－可視光線－紫外線－X線－$\gamma$線となる。

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