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電流と電圧の問題

難易度 4公立高校入試の難問・私立高校入試レベル中学理科 電流と電圧

電圧 の電源、抵抗の大きさを変えられる抵抗器 X(可変抵抗器)、抵抗の大きさが の電熱線 P、 の電熱線 Q、電流計を用いて、次のような回路をつくった。

電熱線 Q と電流計を直列につないだものと、電熱線 P とを並列につなぐ。この並列部分と抵抗器 X を直列につなぎ、電源につなぐ。

抵抗器 X の抵抗の大きさを調節したところ、電流計は を示した。このとき、抵抗器 X の抵抗の大きさは何 ですか。ただし、電源の電圧は一定で、導線・電源・電流計の抵抗は考えないものとする。

12 VXP(12 Ω)Q(24 Ω)

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

電流計がどの電熱線と直列につながっているかに注目し、その電熱線に加わる電圧を求めよう。

ヒント 2

並列部分では P と Q に同じ電圧が加わる。X に流れる電流は、P と Q に流れる電流の和になる。

ヒント 3

Q に加わる電圧は 。P に流れる電流は なので、X に流れる電流は である。

答えと解説

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解説を読む

並列部分の電圧

電流計は電熱線 Q と直列につながっているので、Q に流れる電流は である。オームの法則より、Q に加わる電圧は

並列回路では各部分に同じ電圧が加わるので、電熱線 P にも が加わる。

回路全体の電流

P に流れる電流は

並列部分全体に流れる電流は、枝分かれした電流の和なので

抵抗器 X は並列部分と直列なので、X にも が流れる。

抵抗器 X の抵抗

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、X に加わる電圧は

よって、X の抵抗は

答えは である。

別解

電熱線 Q を流れる電流が なので、並列部分の電圧は 。

電熱線 P を流れる電流は 。

抵抗器 X には並列部分の合計電流が流れるので 。

X にかかる電圧は 。よって X の抵抗は 。

検算: 並列部分の合成抵抗は より 。全体の抵抗は 、全電流は で一致する。

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