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電流と回路の問題

難易度 2教科書の章末問題レベル高校物理 電流と回路

起電力 の電池 、起電力 の電池 、抵抗値 の抵抗 、抵抗値 の抵抗 を、次の順に導線でつないで 1 つの閉回路をつくった。

の正極 の正極、 の負極 の負極

電池の内部抵抗と導線の抵抗は無視できるものとする。回路を流れる電流の大きさは何 A か。有効数字 2 桁で求めよ。

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この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(11 技能)
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  6. オームの法則と抵抗率
  7. 抵抗の直列接続・並列接続
  8. オームの法則と合成抵抗
  9. 電池の起電力・内部抵抗・端子電圧
  10. キルヒホッフの法則の意味
  11. キルヒホッフの法則

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

閉回路が 1 つなので電流はどこでも同じ。電流の向きを仮定して、キルヒホッフの第 2 法則を使おう。

ヒント 2

一周する向きに電池を負極から正極へ通れば起電力は 、正極から負極へ通れば として足し合わせる。

ヒント 3

起電力の和は 、電圧降下の和は 。

答えと解説

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解説を読む

閉回路は 1 つなので、回路を流れる電流はどこでも同じである。電流を、 の正極から へ向かう向きを正として とおく。

回路をこの向きに一周すると、 は負極から正極へ通るので起電力 、 は正極から負極へ通るので起電力 となる。キルヒホッフの第 2 法則(起電力の和 = 電圧降下の和)より



なので、電流は仮定した向き( の正極から へ向かう向き)に流れ、その大きさは である。

2 つの電池は、電流を互いに逆向きに流そうとする向きにつながっているので、起電力が差し引きされることに注意する。

別解

回路は の正極 → → の正極 … の負極 → → の負極 の順につながっている。 の正極から出た電流は を通って の正極に入るので、 は とは逆向きの起電力をもつ( は充電される向き)。したがって正味の起電力は 。抵抗の合計は なので、キルヒホッフの第 2 法則 より 。
検算: の電圧降下 、 の電圧降下 の合計は で、正味の起電力と一致する。有効数字 2 桁で 1.5 A。

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