電流と回路（知識）の問題

電池と抵抗 R をつないだ回路で、抵抗 R に流れる電流と、抵抗 R の両端の電圧を測定する。この測定のために行う操作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　抵抗 R に流れる電流を測るため、電流計を抵抗 R と並列に接続する。
• イ　抵抗 R の両端の電圧を測るため、電圧計を抵抗 R と直列に接続する。
• ウ　電流計の測定範囲を広げるため、電流計の内部抵抗より大きい抵抗を電流計と直列に接続する。
• エ　電圧計の測定範囲を広げるため、抵抗を電圧計と直列に接続する。
• オ　電圧計をつないだことによる回路への影響を小さくするため、内部抵抗ができるだけ小さい電圧計を選ぶ。

内部抵抗の無視できる電池に、抵抗 $R_1$ だけを導線でつないで電流を流した。次に、電池と抵抗 $R_1$ のつなぎ方はそのままで、別の抵抗 $R_2$ を抵抗 $R_1$ と並列になるように接続した。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。抵抗 $R_2$ を接続したあとのようすについて述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「抵抗 $R_2$ を接続する前に比べて、電池から流れ出る電流は（　a　）。また、抵抗 $R_1$ の両端の電圧は（　b　）。」

銅の導線と、不純物を含まないケイ素（シリコン）の試料を用意した。それぞれの両端に一定の電圧を加えたまま、全体の温度を $20{}^{\circ }\mathrm{C}$ から $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ までゆっくり上げ、流れる電流を調べた。温度による導線や試料の長さ・断面積の変化は無視できるものとする。この実験について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　温度を上げると、銅の導線を流れる電流は小さくなる。
• イ　温度を上げると、ケイ素の試料を流れる電流は大きくなる。
• ウ　銅の抵抗率が温度とともに変化するのは、金属の陽イオンの熱振動が激しくなり、自由電子の移動が妨げられやすくなるためである。
• エ　ケイ素の抵抗率が温度とともに変化するのは、電流を運ぶ自由電子やホールの数が増えるためである。
• オ　銅の抵抗率が温度とともに変化するのは、温度が上がると電流を運ぶ自由電子の数が減るためである。

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。