Physics
มัธยมปลาย
問6について
E2に流れる電流を調べるときに、E1の電流は影響しないのですか？
3 (配点 34点)
図1のように, 内部抵抗が無視でき起電力がともにEの電池E1, E2, 抵抗値がそれ
ぞれR, R, 2R の抵抗 R1, R2, R3, 電気容量がそれぞれ C, 2C, Cのコンデンサー C1,
C2, C3, およびスイッチ So, 切り替えスイッチSを用いて回路をつくる。 はじめ、各
コンデンサーに電荷は蓄えられておらず, スイッチ S は閉じており, 切り替えスイッ
チSはどこにも接続していない。
E₁(E)
So
R₁(RR
R2(R)
12R
R3(2R)
a
図 1
8(c)
C2(2C)
問1 はじめの状態で電池E」 を流れる電流はいくらか。
問2 はじめの状態で抵抗 R での消費電力はいくらか。
はじめの状態から切り替えスイッチ Sを端子aに接続する。
C3 (C)
E2(E)
問3 切り替えスイッチSを端子 a に接続した直後に抵抗 R に流れる電流はいくら
か。
問4
€
問
れ
各
問4 十分に時間がたった後, コンデンサー C, に蓄えられている電気量はいくらか。
続いて、切り替えスイッチSを端子 bに接続する。
問5 十分に時間がたった後, コンデンサー C, に蓄えられている電気量はいくらか。
答のみでなく,導出過程も示せ。
続いて, 切り替えスイッチSを端子cに接続する。
問6 切り替えスイッチSを端子cに接続した直後、電池 E2 を流れる電流はいくらか。
問7 十分に時間がたった後, コンデンサー C に蓄えられている電気量はいくらか。
さらに切り替えスイッチ S端子 a, b, c と順番に接続していく。 スイッチの切り
替えは,各端子に接続後十分に時間がたった後におこなう。
問8 これを繰り返していったとき, コンデンサー 1, C2, C3 に蓄えられている電気
量は一定となる。 このとき, 各コンデンサーに蓄えられている静電エネルギーの和
はいくらになるか。
問9 その後、切り替えスイッチSを端子cに接続した状態でスイッチ So を開いた。
So を開いてから十分に時間がたつまでの間に, 抵抗 R2, R3 で発生するジュール熱
の和はいくらか。
流れる電流を図の下向きにえとする(下図)。
R1
E
また,
電位差の関係から、
E₁
12
:. i₁=-
21
E+ -E=E+Ri₁
E
i=
7E
12R
R₂
E+ E=Riz+2Riz
7
12
19E
36R
R3
Io
E₁
Miz
したがって, 電池 E2 を流れる電流えは, キルヒホッフの第1法則
より
R2
電位差の関係から、
10E
i=i₁ +i₂=
9R
問7
思考力・判断力
十分に時間がたった後, 回路の電流は問1と同じになる。 このと
きのコンデンサー C1, C3 の両端の電位差をそれぞれ Vi, V^'′ (
もに上側の極板が高電位) とする(下図)。
R1
R3
=
C₁
C2
E+V^'+Vg'=RI+2RI
3
E
C1
112E
a
E2
C2
c
V'
E
C3
E2
- 80
-
E
「法則」
キルヒホッフの第1法則
回路の分岐点において, 流れ込む電流の
総和と流れ出る電流の総和は等しい。
Qam
C
Q
20
2
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