今回は高卒認定試験物理基礎の平成27年度第2回のポイント解説の続きをしていきます。
大問3、大問4についてはこちらの記事から。
大問5
大問5は電気回路、変圧器、エネルギーの変換、電磁波に関する問題が出題されました。
問1
問1は電気回路に関する問題です。
まずは、A、Bの並列接続部分を合成し、この合成した抵抗と直列に接続している抵抗Cを合成して、回路全体の合成抵抗を求めましょう。
回路全体の合成抵抗が求まり、電源の電圧もわかっているので、オームの法則を用いることで回路全体に流れる電流がわかります。
この電流が抵抗Cに流れ、これが求める電流です。
抵抗を合成しないで求める方法もありますが、それは別の機会で紹介します。
それでは、A、Bの抵抗を合成していきます。
並列接続された抵抗の合成抵抗は
\begin{align}
\frac{1}{R}&=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\\
R&=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}
\end{align}
となるので、合成抵抗を\(R_{AB}\)とすると
\[R_{AB}=\frac{10\times15}{10+15}=\frac{150}{25}=6\ \text{Ω}\]
次に\(R_{AB}\)と抵抗Cは直列接続なので、合成抵抗を\(R_{ABC}\)とすると
\[R_{ABC}=6+4=10\ \text{Ω}\]
となります。
よって、回路全体に流れる電流を\(I\)とすると、オームの法則より
\begin{align}
5&=10I\\
I&=0.5\ \rm A
\end{align}
と求まります。
問2
問2は変圧器に関する問題です。
変圧器の1次コイルと2次コイルの巻数(それぞれ\(N_1\)、\(N_2\))と電圧(それぞれ\(V_1\)、\(V_2\))の間には
という関係があるので、\(V_2=\)の形に直すと
\begin{align}
N_2V_1&=N_1V_2\\
V_2&=\frac{N_1}{N_2}V1
\end{align}
となります。
問3
問3はエネルギーの変換に関する問題です。
水のもっていた位置エネルギーがすべて電気エネルギーに変換されるので、水の位置エネルギーを求めれば発電される電力を求めることができます。
位置エネルギーは\(mgh\)で表されますが、今回は水の質量ではなく、体積と密度が与えられているので、注意が必要です。
質量=密度×体積であるので、密度をρ、体積を\(V\)とすると質量\(m\)は
\[m=ρV\]
となり、位置エネルギーは
\[mgh=ρVgh\]
と書き直すことができます。
後は数値を代入して計算すると
\[1.0\times10^3 \times 20\times9.8\times50=9.8\times10^6\ \rm W\]
と求まります。
問4
問4は電磁波に関する問題です。
マイクロ波が利用されているのは電子レンジです。
波長の長さですが、最も短いのはX線です。X線<赤外線<マイクロ波の順で波長が長くなっていきます。
まとめ
平成27年度2回目に関しても力学からの出題が多いものとなりました。
電磁波については、教科書等に分類等の表がのっているのでよくチェックしておきましょう。
用語や性質、基本的な式を正しく理解しているのはもちろん、波では作図を利用する問題が出題されているので、作図の仕方についてもよく確認し、できるようにしておきましょう。
今回はここまでとなります。
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