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 $r$ の電池に可変抵抗をつなぎ、回路に電流 $I$ を流した。このとき、電池の正極と負極の間の電位差 $V$ は、起電力 $E$ から電池内部での電圧降下 $rI$ を引いた $V=E-rI$ となり、電流 $I$ を大きくするほど小さくなる。電池に電流が流れていないときに限り、$V$ は起電力 $E$ に等しい。

このように、電流が流れているときの電池の両極間の電位差 $V$ を何というか。漢字 4 字で答えよ。ただし、電池の起電力と内部抵抗は一定であるとする。

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。

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。

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。