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Shizuoka Public High School Entrance Examination - Science: 物理:電流・回路・磁界と電磁誘導

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物理:電流・回路・磁界と電磁誘導

電流・電圧・抵抗の関係と磁界・電磁誘導は、静岡県では毎年といってよいほど出題される。回路図を読み、オームの法則と電力の式を組み合わせて計算できるようにしておきたい。

回路のきまり

直列回路では電流がどこでも同じで、電圧は各部分に分かれる(和が電源電圧)。並列回路では電圧がどこでも同じで、電流は枝分かれして分かれる(和が全体の電流)。合成抵抗は直列なら和、並列なら「和分の積」または逆数の和の逆数で求める。並列の合成抵抗は、並列にしたどの抵抗よりも小さくなる。

オームの法則と電力

電圧V〔V〕=抵抗R〔Ω〕×電流I〔A〕。電力P〔W〕=電圧V〔V〕×電流I〔A〕で、電力量〔J〕=電力〔W〕×時間〔s〕。抵抗で発生する熱量も電力量と同じ単位で表せる。1J=1W·sであり、kWhとの換算も問われる。

電流と磁界

直線電流のまわりの磁界は、電流の向きを右手の親指に合わせたときの指の向きにできる。コイルに電流を流すと磁界ができ、電流を大きくする、巻き数を増やす、鉄心を入れると電磁石は強くなる。磁界中の電流が受ける力の向きはフレミング左手の法則で決まり、これがモーターの原理になる。

電磁誘導

コイルの近くで磁石を動かすと誘導電流が流れる。磁界の変化を妨げる向きに電流が流れることがポイントで、磁石を速く動かす、コイルの巻き数を増やすと電流は大きくなる。発電機はこの原理を利用している。

例題

6Vの電源に10Ωと15Ωの抵抗を並列につなぐ。合成抵抗は(10×15)÷(10+15)=6Ω、全体の電流は6V÷6Ω=1.0A。10Ω側には0.6A、15Ω側には0.4Aが流れ、和が1.0Aになる。

失点しやすいところ

並列の合成抵抗を大きい方の抵抗より大きくしてしまう誤り、電力量の単位JとWの混同、磁界の向きと力の向きの混同、誘導電流の向きを「変化を妨げる向き」で判断しないミスに注意する。