電流と回路（知識）の問題

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。

電力・電力量とジュール熱について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、抵抗の抵抗値は温度によって変わらないものとする。

• ア　抵抗で単位時間あたりに発生するジュール熱は、抵抗を流れる電流の大きさに比例する。
• イ　電力の単位はワット（記号 W）であり、1 W は 1 秒間あたり 1 J の電気エネルギーが消費される割合である。
• ウ　電圧 $V$ が加わった抵抗に電流 $I$ が時間 $t$ だけ流れたとき、抵抗で消費される電力量は $VIt$ である。
• エ　同じ大きさの電圧を加えたとき、抵抗値が大きい抵抗ほど消費電力が大きい。
• オ　ジュール熱は、導体の中を移動する自由電子が陽イオンに衝突し、陽イオンの熱振動を激しくすることによって発生する。

起電力 $E$、内部抵抗 $r$ の電池に、スイッチと可変抵抗を直列につないで回路をつくり、電池の正極と負極の間に電圧計をつないで端子電圧 $V$ を測定した。電池の起電力と内部抵抗は一定であり、電圧計には電流が流れないものとする。このときのようすについて述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　スイッチを入れたまま可変抵抗の抵抗値を小さくして、回路を流れる電流を大きくすると、端子電圧 $V$ は大きくなる。
• イ　スイッチを切って回路を流れる電流を $0$ にすると、端子電圧 $V$ は起電力 $E$ に等しくなる。
• ウ　端子電圧 $V$ と起電力 $E$ の差は、回路を流れる電流の大きさによらず一定である。
• エ　内部抵抗 $r$ は、電池の外につないだ可変抵抗の抵抗値のことである。

内部抵抗の無視できる電池に、抵抗 $R_1$ と抵抗 $R_2$ を直列に接続した回路がある。抵抗 $R_2$ の両端の電圧を測るため、電圧計を抵抗 $R_2$ に並列に接続した。電圧計には内部抵抗があり、その値は有限であるとする。また、導線の抵抗は無視し、抵抗の抵抗値は変化しないものとする。電圧計とその内部抵抗について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　電圧計の内部抵抗が小さいほど、電圧計に流れる電流が小さくなるので、電圧計をつないだことによる回路への影響は小さい。
• イ　電圧計は抵抗 $R_2$ に並列に接続するので、内部抵抗の大きさにかかわらず、抵抗 $R_2$ を流れる電流は電圧計をつなぐ前と変わらない。
• ウ　電圧計の測定できる電圧の最大値を大きくするには、電圧計の内部抵抗より小さい抵抗を、電圧計に並列に接続すればよい。
• エ　電圧計の内部抵抗が大きいほど、電圧計に分かれて流れる電流が小さくなるので、抵抗 $R_2$ の両端の電圧は、電圧計をつなぐ前の値からずれにくい。
• オ　電圧計の内部抵抗が大きいほど、抵抗 $R_2$ と電圧計の部分の合成抵抗が小さくなるので、抵抗 $R_2$ の両端の電圧は小さくなる。

電池の正極と負極を金属の導線でつなぎ、導線に一定の電流を流した。このとき、導線の中で起こっていることについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　導線中の電流は、金属の陽イオンが導線に沿って移動することによって生じている。
• イ　導線中の電流は自由電子の移動によって生じており、電流の向きは自由電子が移動する向きと同じである。
• ウ　導線中の電流は自由電子の移動によって生じており、自由電子は導線中を電池の負極側から正極側へ向かって移動する。
• エ　導線中の自由電子は、導線内にできている電場と同じ向きに静電気力を受けて移動する。
• オ　導線中の自由電子は電流が流れるにつれて消費されるので、導線中の自由電子の数は時間とともに減少していく。