電流と回路（知識）の問題

電力・電力量とジュール熱について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、抵抗の抵抗値は温度によって変化しないものとする。

• ア　電力量は、電力を電流が流れた時間で割ったものであり、単位にはジュール（J）が用いられる。
• イ　電力の単位ワット（W）は、1 秒間あたりに 1 J の電気エネルギーが消費されることを表し、$1\mathrm{W}=1J/s$ である。
• ウ　電力量の単位キロワット時（kWh）は、1 kW の電力を 1 秒間使ったときの電力量を表す。
• エ　ある抵抗に流れる電流を 2 倍にすると、同じ時間に発生するジュール熱も 2 倍になる。

電熱線に電流を流して湯をわかす電気ポットがある。電熱線で消費される電力・電力量と、電熱線で発生するジュール熱について述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、電熱線の抵抗値は温度によって変化しないものとする。

• ア　電力の単位 W（ワット）について、$1\mathrm{W}$ は 1 秒あたりに $1\mathrm{J}$ の電気エネルギーが消費されるときの電力である。
• イ　電力量の単位には J のほかに kWh も使われ、$1\mathrm{kWh}$ は $1\mathrm{kW}$ の電力を 1 時間使ったときの電力量である。
• ウ　電熱線に流れる電流の大きさを 2 倍にすると、電熱線で単位時間に発生するジュール熱も 2 倍になる。
• エ　ジュール熱は、電場から力を受けて動く自由電子が金属の陽イオンに衝突し、陽イオンの熱運動を激しくすることによって発生する。

半導体とダイオードについて述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、ダイオードは p 型半導体と n 型半導体を接合した pn 接合ダイオードとする。

• ア　ケイ素（シリコン）の結晶に、価電子を 5 個もつリンなどの原子を不純物としてわずかに加えたものは n 型半導体であり、おもに電子が電荷を運ぶ。
• イ　ケイ素（シリコン）の結晶に、価電子を 3 個もつホウ素などの原子を不純物としてわずかに加えたものは p 型半導体であり、おもに電子が電荷を運ぶ。
• ウ　半導体中のホール（正孔）は、電子が抜けた跡であり、正の電荷をもつ粒子のようにふるまう。
• エ　ダイオードの p 型側の電位が n 型側の電位より高くなるように電圧を加えると、ダイオードに電流が流れやすい。
• オ　ダイオードの n 型側の電位が p 型側の電位より高くなるように電圧を加えると、接合面でホールと電子が次々に結合し、大きな電流が流れる。
• カ　不純物を含まない真性半導体の抵抗率は、温度が高くなるほど大きくなる。

抵抗の直列接続・並列接続の性質について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、抵抗の抵抗値は温度などによって変化しないものとし、導線の抵抗は無視する。

• ア　抵抗を直列に接続したときの合成抵抗は、接続したどの抵抗の抵抗値よりも大きい。
• イ　並列に接続した抵抗の組に、さらに 1 つの抵抗を並列に追加すると、全体の合成抵抗は大きくなる。
• ウ　抵抗を直列に接続したとき、抵抗値の大きい抵抗ほど、その抵抗を流れる電流は小さい。
• エ　抵抗を並列に接続したとき、各抵抗を流れる電流の大きさは、その抵抗の抵抗値に反比例する。
• オ　抵抗を直列に接続したとき、各抵抗に加わる電圧は、その抵抗の抵抗値に比例する。
• カ　抵抗を並列に接続したときの合成抵抗は、接続したどの抵抗の抵抗値よりも大きい。

金属の導線を流れる電流と、その向きについて述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、電気素量を $e$（$e>0$）とする。

• ア　電流の向きは、正の電荷が移動する向きと決められている。
• イ　金属の導線では、自由電子が電流の向きと同じ向きに移動している。
• ウ　電流の大きさは、導線のある断面を単位時間あたりに通過する電気量の大きさで表される。
• エ　自由電子 1 個がもつ電気量は正であり、その大きさは電気素量 $e$ に等しい。
• オ　導線の断面積を $S$、導線中の自由電子の数密度（単位体積あたりの数）を $n$ とし、自由電子が全体として導線に沿って一方向に移動する平均の速さ（不規則な熱運動の速さではない）を $v$ とすると、電流の大きさは $envS$ と表される。
• カ　電池の両極を導線でつなぐと、導線の中の自由電子は、電池の正極につながった側から負極につながった側へ向かって移動する。