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電流と電圧の問題

難易度 3公立高校入試の標準レベル中学理科 電流と電圧

電圧 の電源、抵抗の大きさが の電熱線 A、 の電熱線 B、抵抗の大きさがわからない電熱線 C を用いて、次のような回路をつくった。

電熱線 B と電熱線 C を並列につなぎ、その並列部分と電熱線 A を直列につないで、全体を電源につなぐ。

電源のスイッチを入れると、電熱線 A に流れる電流は であった。電熱線 C の抵抗の大きさは何 ですか。ただし、導線や電源の抵抗は考えないものとします。

A B C

この問題で使うもの

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

まず電熱線 A に加わる電圧をオームの法則で求め、電源の電圧から並列部分に加わる電圧を求める。

ヒント 2

並列につないだ部分では、それぞれの電熱線に加わる電圧は等しい。また、A を流れた電流は B と C に分かれ、その和は A の電流に等しい。

ヒント 3

並列部分の電圧は で、B に流れる電流は となる。C に流れる電流を求めてオームの法則を使う。

答えと解説

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電熱線 A に加わる電圧
オームの法則(電圧 抵抗 電流)より、A に加わる電圧は

並列部分に加わる電圧
直列回路では、各部分の電圧の和が電源の電圧に等しいので、並列部分(B と C)に加わる電圧は

並列につないだ B と C には、どちらにも同じ が加わる。

B と C に流れる電流
B に流れる電流は

A を流れた電流 が B と C に分かれて流れるので、C に流れる電流は

C の抵抗

よって、電熱線 C の抵抗の大きさは である。

別解

電熱線 A にかかる電圧は V。直列なので、並列部分(B と C)にかかる電圧は V。電熱線 B に流れる電流は A。A に流れる電流 A は B と C に分かれて流れるので、C に流れる電流は A。よって C の抵抗は Ω。

検算: B と C の合成抵抗は 。 より合成抵抗は 3 Ω で一致。全体の抵抗 、電流 A で問題文と合う。

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