電流と回路（知識）の問題

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。

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。

起電力 $E$、内部抵抗 $r$ の電池に外部の抵抗をつなぎ、電池から大きさ $I$ の電流を流した。このとき、電池の内部抵抗で $rI$ の電圧降下が起こるため、電池の正極と負極の間の電圧 $V$ は
$$V=E-rI$$
となり、電流が流れているときには起電力 $E$ より小さくなる。

このように、電池に電流が流れているときの、電池の正極と負極の間の電圧を何というか。漢字で答えよ。ただし、電池の起電力と内部抵抗は一定であるとする。

東西方向にまっすぐ張った金属の導線の両端に電圧を加えたところ、導線の内部に東向きの一様な電場ができた。このとき、導線の中の自由電子が移動する向きと、導線を流れる電流の向きの組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　自由電子は東向きに移動し、電流は東向きに流れる。
• イ　自由電子は西向きに移動し、電流は東向きに流れる。
• ウ　自由電子は東向きに移動し、電流は西向きに流れる。
• エ　自由電子は西向きに移動し、電流は西向きに流れる。

p 型半導体と n 型半導体を接合した pn 接合ダイオードがある。ダイオードの両端を端子 A, B とよび、どちらが p 型側かは外からはわからないものとする。電池の正極を端子 A に、負極を端子 B につないだところ、ダイオードに電流がよく流れた。この結果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。

「端子 A につながっているのは（　a　）型半導体である。電流が流れているとき、接合面の付近では、ホール（正孔）と電子が（　b　）。」