電流と回路（知識）の問題

物質の抵抗率と温度の関係について述べた次の文中の空欄 a・b・c 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〜オのうちから 1 つ選べ。

銅などの金属の抵抗率は、温度が上がると [ a ]。一方、ケイ素（シリコン）やゲルマニウムなどの半導体の抵抗率は、温度が上がると [ b ]。半導体の抵抗率が温度によってこのように変化するのは、温度が上がると [ c ] ためである。

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。

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。

導体の抵抗値は、長さ $L$、断面積 $S$、抵抗率 $\rho$ を用いて $R=\rho \frac{L}{S}$ と表される。抵抗率と、その温度による変化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　同じ材質の導線では、抵抗率は導線の長さに比例し、断面積に反比例する。
• イ　金属の抵抗率は温度が上がると小さくなる。これは、温度が上がると金属中の自由電子の数が大きく増えるためである。
• ウ　金属の抵抗率は温度が上がると大きくなる。これは、温度が上がると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　ケイ素やゲルマニウムなどの半導体の抵抗率は、金属と同じように、温度が上がると大きくなる。
• オ　抵抗率の単位は、抵抗の単位 Ω を長さの単位 m で割った Ω/m 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。