電流とそのはたらきの分野の問題です。じっくり考えて解いてください。

解答・解説は解いた後に見てください。

１　右図のような，一巻きコイルに電気ブランコを接続した装置をつくった。電源装置のスイッチを入れて電流を流したところ，電気ブランコが手前（二重矢印）の方向へ動いた。次に，方位磁石を導線のまわりに一回転させると磁針のＮ極（黒い部分）は図のような方向を示した。これらの実験について次の各問いに答えよ。

（１）電源装置の接続端子Ａ・Ｂのうちどちらが＋極か。

（２）電気ブランコに流れる電流の向きはア・イのどちらか。

（３）方位磁石を一巻きコイルの台紙上のａ〜ｄに置くと，磁針のＮ極はどのような向きを指すか。次のア〜エから１つ選べ。

　ア．ａとｃの上では南を，ｂとｄの上では北を指す。
　イ．ａとｃの上では北を，ｂとｄの上では南を指す。
　ウ．ａとｄの上では南を，ｂとｃの上では北を指す。
　エ．ａとｄの上では北を，ｂとｃの上では南を指す。

（４）Ｕ字型磁石の�@と�AのうちどちらがＮ極か。

（５）Ｕ字型磁石の�@と�Aの間の磁力の向きを磁力線４本を用いて示せ。

（６）一巻きコイルの磁界をより強くする方法を次のア〜オからすべて選べ。

　ア．電源電圧を大きくする
　イ．Ｕ字型磁石をとりのぞく
　ウ．ＡとＢの接続を逆にする
　エ．コイルに鉄しんを入れる
　オ．抵抗を導線に直列に接続する

２次の各問いに答えよ。ただし、（２）（３）において発生した熱量はすべて水や液体に吸収されるものとする。

（１）等しい抵抗値Ｘ（Ω）を持つ抵抗６本を図１のように接続し、３３Ｖの電源Ｅに接続したところ、電流計Ａに７５０ｍＡの電流が流れた。

�@　抵抗の値Ｘは何Ωか。
�A　図１のＰ点側にある２本の抵抗で消費される電力は合計何Ｗか。
�B　Ｐ点とＱ点との間の電圧を測定すると、その大きさは何Ｖになるか。

（２）値のわからない抵抗（電熱線）が２本ある。それらの抵抗をＲ１，Ｒ２とする。
　１５０ｇの水の入ったビーカーＩにＲ１を、２７０ｇの水の入ったビーカー�UにＲ２をそれぞれ沈め図２のように電源Ｅに接続した。この回路に電流を一定時間流した　後のビーカー�Tの水温上昇Ｔ１とビーカー�Uの水温上昇Ｔ２との比はＴ１：Ｔ２＝３：　５であった。Ｒ１とＲ２の抵抗値の比（Ｒ１：Ｒ２）を最も簡単な整数比で答えよ。

（３）図２の回路を図３のように変更し、ビーカー�Vには１７０ｇの水を入れ、ビーカー�Wには８０ｇの液体Ｘを入れた。この回路に電流を一定時間流した後のビーカー　�Vの水温上昇Ｔ３とビーカー�Wの水温上昇Ｔ４の比はＴ３：Ｔ４＝５：７であった。液体Ｘ１ｇを１℃上昇させるのに必要な熱量は何cａｌか。答えが割り切れない場合は小数第２位を四捨五入せよ。

３抵抗が６０Ωの４つの電熱線を図１，図２のように１２Ｖの電池に接続して，それぞれを温度の等しい水の入ったビーカーの中に入れた。ＡとCには，１００ｇの水が，ＢとＤには５０ｇの水が入っている。電熱線から発生する熱はすべて水の温度上昇に使われるものとして，次の文の〔　　〕をうめよ。ただし，〔�C〕はＡ〜Ｄから１つ選び，その他は整数または小数で答えよ。

　Ａの電熱線で消費される電力はＢの電熱線で消費される電力の〔�@〕倍なので，Ａの水が１分間に上昇する温度はＢの水が１分間に上昇する温度の〔�A〕倍である。一方，Cの電熱線で１分間に発生する熱量は〔�B〕J（ジュール）である。図１，図２とも等しい時間電流を流すとき，水温が最も高くなっているのは〔�C〕のビーカーで，そのときの上昇温度は，最も低い水温を示すビーカーの上昇温度の〔�D〕倍となっている。

４抵抗の性質や電流回路について，次の各問いに答えよ。

（１）電気回路が作動するためには，エネルギー源である電池や電源から電流が出て再び戻ってくることが必要である。回路の構成要素を電流の流れやすさの観点で分けると，導体・絶縁体・半導体の３種類を考えることができる。電流の流れやすさは物質によって異なり，もし１ｍの長さで１ｍｍ^２の断面積当たりの抵抗（Ｗ）で表すと，主な物質は次の表のような値を示す。

�@絶縁体に属する物質はどれか。次の（ア）〜（オ）からすべて選び，記号で答えよ。
　（ア）アルミニウム　　（イ）銅　　（ウ）ニクロム線　　（エ）ガラス　　（オ）ゴム

�A導体内の電子の流れと電流の向きについて正しく説明しているものを次のア〜エから１つ選び，記号で答えよ。
　（ア）電子は電池の＋極から出て−極に戻り，電流は電池の＋極から−極へ向かって流れる。
　（イ）電子は電池の＋極から出て−極に戻り，電流は電池の−極から＋極へ向かって流れる。
　（ウ）電子は電池の−極から出て＋極に戻り，電流は電池の＋極から−極へ向かって流れる。
　（エ）電子は電池の−極から出て＋極に戻り，電流は電池の−極から＋極へ向かって流れる。

�B金属の抵抗の大きさは温度によって変わる。金属の中にはある温度以下になると抵抗が急に０になる性質を持つものがあり，これを超伝導という。この性質を利用してできたものを次の（ア）〜（オ）から１つ選び，記号で答えよ。
　（ア）テレビ　　（イ）電流計　　（ウ）リニアモーターカー　　（エ）電気自動車　　（オ）光ファイバー

（２）１０Ωの抵抗Ｒ１と値のわからない抵抗Ｒ２，Ｘ，Ｙ及び１２Ｖの電源Ｅを用いて，図１〜３のような回路をつくった。ただし，抵抗値は温度によって変化することはないとする。

�@図１では回路を流れる電流が４８０ｍＡであった。抵抗Ｒ２にかかる電圧は何Ｖか。
�A抵抗Ｒ２は何Ωか。
�B図２では回路を流れる全電流は何Ａになるか。
�C図３で，Ｒ２にかかる電圧を調べたら３Ｖであった。抵抗Ｘは何Ωか。
�D図３では回路を流れる全電流は０.７Ａであった。このとき，抵抗ＸとＹで消費される電力をそれぞれＰＸ，ＰＹとすると，電力の比ＰＸ：ＰＹはいくつになるか。最も簡単な正数比で答えよ。

５抵抗Ｒ１，Ｒ２と電池Ｅを使って図１のような回路を作った。ＡとＶは電流計と電圧計を表している。これについて，次の各問いに答えよ。

（１）　図１で，Ａ及びＶの端子ａ〜ｄのうち＋端子はどれとどれか。

（２）　図１で，抵抗Ｒ１は４０Ω，電池には２４Ｖを与えたところ，Ｖが１４Ｖを示した。Ａは何Ａの電流値を示すか。また，Ｒ２は何Ωか。

（３）　次に図２の様に電圧計Ｖをはずし，かわりにＲ３（１４Ω）の抵抗を接続した。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の３つの抵抗がつくる合成抵抗は何Ωか。割り切れない場合は小数点以下第２位を四捨五入せよ。

（４）　次に図３の様にＲ３の接続点の一端をはずし，その端子をｅ点と名づける。この回路でｅｄ間の電圧をはかると何Ｖを示すか。

（５）　次に図４の様にｅｃ間にもう１つの新しい電源Ｅ（２４Ｖ）を接続した。Ａの示す値は何Ａか。割り切れない場合は小数第３位を四捨五入して答えよ。

解答・解説

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