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電流と回路の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校物理 電流と回路

起電力 の電池に、抵抗値 の抵抗 と、抵抗値 の抵抗 、抵抗値 の抵抗 をつないだ回路がある。 と は並列に接続されていて、この並列部分が と直列に接続され、その両端が電池につながっている。電池の内部抵抗と導線の抵抗は無視できるものとする。 を流れる電流の大きさは何 A か。有効数字 2 桁で答えよ。

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この問題で使うもの

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  1. 力の種類とはたらき
  2. 静電気・放電と電子
  3. 帯電と電気量保存の法則
  4. クーロンの法則と電場・電気力線
  5. 電流の正体と電流の向き
  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

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

オームの法則 と、直列・並列の合成抵抗の式を使います。まず回路全体を 1 つの抵抗とみなして、電池から流れる電流を求めましょう。

ヒント 2

並列部分の合成抵抗は 、全体の合成抵抗はそれに を足したものです。並列部分では各抵抗にかかる電圧が等しくなります。

ヒント 3

並列部分の合成抵抗は 、全体は なので、電池から流れる電流は です。次に並列部分にかかる電圧を求め、 にオームの法則を使いましょう。

答えと解説

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解説を読む

手順 1: 並列部分の合成抵抗を求める。
と は並列なので、合成抵抗を とすると

より である。

手順 2: 回路全体の合成抵抗を求める。
並列部分と は直列なので、全体の合成抵抗 は

手順 3: 電池から流れ出る電流を求める。
回路全体にオームの法則 を使うと、電池から流れる電流 は

この電流は直列につながった と並列部分の全体を流れる。

手順 4: 並列部分にかかる電圧を求める。
並列部分(合成抵抗 )に が流れるので、並列部分の両端の電圧は

並列接続では各抵抗にかかる電圧は等しいので、 にも かかる。

手順 5: を流れる電流を求める。
にオームの法則を使うと

(確認: には が流れ、 で全体の電流と一致する。)

よって答えは である。

別解

と の合成抵抗 は より 。全体の合成抵抗は 。全電流は 。並列部分の電圧は 。したがって を流れる電流は 。検算: を流れる電流は で、 となり全電流と一致する。また、 の電圧降下は で、 となり起電力と一致する。

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