電流と回路（知識）の問題

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。

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。

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。

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。