【高卒認定試験物理基礎】平成28年度1回目 ポイント解説その3

今回は高卒認定試験物理基礎の平成28年度第1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。

【高卒認定試験物理基礎】平成28度1回目 ポイント解説その2
今回は高卒認定試験物理基礎の過去問のポイント解説です。どのような問題が出題されているのか、どのような知識が必要か、どのように解くのがよいのかなど把握して過去問演習をより効果的に行えるようにしましょう。

大問5についてです。

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大問5

電流、電気回路、電力量と電力、エネルギーとその利用についての出題でした。

問1

電流についての問題です。

\(1\)Aの電流が\(1\)秒間に運ぶ電気量の大きさが\(1\)Cです。

よって\(I\)[A]の電流が\(t\)[s]間流れたとすると、導体の断面を通過する電気量の大きさ\(Q\)は

\[
Q=It
\]

という関係が成り立ちました。

あとはそれぞれの値を代入して計算をすればよいのですが1つ注意点があります。

それは、\(t\)の単位はです。

問題文に与えられている時間は1分であるのでこれを代入するときには秒に直すことを忘れないようにして下さい。

問2

電気回路の問題です。

電流計の読み取りが必要となります。

電流計の\(500\)mAの端子に繋いでることから、\(10\)Ωの抵抗に流れる電流は\(200\)mAとなります。

すると、オームの法則により\(10\)Ωの抵抗にかかる電圧がわかります。

\(V=RI\)に抵抗と電流の値を代入するのですが、このとき\(I\)の単位は[A]です。

読み取った値は\(200\)mAであるので[A]に直す必要があります。

\(200\)mA → \(0.20\)A

であるので、\(10\)Ωの抵抗にかかる電圧\(V_1\)は

\[
\begin{align}
V_1&=10\times 0.20\\
&=2.0\ \ \ \mbox{[V]}
\end{align}
\]

です。

ここで、\(10\)Ωと\(20\)Ωの抵抗は並列接続であるのでそれぞれの抵抗にかかる電圧は等しく\(2.0\)[V]です。

これより\(20\)Ωの抵抗に流れる電流が求まります。

\(20\)Ωの抵抗に流れる電流を\(I_2\)とするとオームの法則より

\[
\begin{align}
2.0&=20\times I_2\\
I_2&=\frac{2.0}{20}\\ \\
&=0.10\ \ \ \mbox{[A]}
\end{align}
\]

となります。

\(10\)Ωと\(20\)Ωの抵抗に流れる電流が求まったので、\(5.0\)Ωに流れる電流が枝分かれをし、\(10\)Ωの抵抗に\(0.20\)[A]、\(20\)Ωの抵抗に\(0.10\)[A]の電流が流れていることがわかります。

これより枝分かれする前の電流は\(0.20+0.10=0.30\)[A]となり、\(5.0\)Ωの抵抗に流れています。

よって\(5.0\)Ωの抵抗にかかる電圧を\(V_3\)とするとオームの法則より

\[
\begin{align}
V_3&=5.0\times 0.30\\
&=1.5\ \ \ \mbox{[V]}
\end{align}
\]

となります。

\(10\)Ωと\(20\)Ωの抵抗を合成すると直列回路とみなすことができます。

直列回路は電源の電圧と各抵抗にかかる電圧の和が等しいことより、電源の電圧\(V\)は

\[
\begin{align}
V&=V_1+ V_3\\
&=2.0+1.5\\
&=3.5\ \ \ \mbox{[A]}
\end{align}
\]

と求まります。

このようにオームの法則1つ1つの抵抗について成り立つので、各抵抗について式を立てるようにしましょう。

また、直列回路や並列回路の性質についてもよく復習しておいて下さい。

もちろん抵抗を合成して考えてもよいのですが、今回の場合は未知なものが多く、合成しても解けないので1つ1つの抵抗についてオームの法則を立式するようにしましょう。

問3

電力と電力量についての問題です。

電力\(P\)は

\[
P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}
\]

電力量\(W\)は

\[
W=IVt=I^2Rt=\frac{V^2}{R}t
\]

とそれぞれ表されました。

電力量電力に時間をかけたものです。

まずは空欄アについてです。

\(1200\)Wのドライヤーを5分間使うので消費する電力量は電力に時間をかければよいのですが、電力量を考えるときの\(t\)の単位は[s]です。

そのため5分を秒に直す必要があるので注意して下さい。

あとは電力\(\times\)時間をすればOKです。

次に空欄イについてです。

\(1200\)Wのドライヤーを使った時に流れる電流を求めます。

電力と電圧が分かっているので\(P=VI\)を用いて流れる電流を計算すればOKです。

問4

エネルギーとその利用についての問題です。

選択肢の中から間違った記述のものを見つけます。

それでは1つ1つチェックしていけばOKです。

まずは①についてです。

太陽電池に関する記述ですが、太陽の熱エネルギーではなく光エネルギーを電気エネルギーに変換しているので①の記述は誤りです。

②〜④の記述はどれも正しいです。

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まとめ

今回はここまでです。

全分野から出題がされているものの、力学からの出題が多かったです。

また、グラフを考える問題や測定器の読み取りが必要な問題も出題されているので、計算だけできればよいというわけではないことが分かったかと思います。

今回は以上となります。

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