大学入学共通テスト(理科) 過去問
令和5年度(2023年度)本試験
問93 (物理(第4問) 問2)

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問題

大学入学共通テスト(理科)試験 令和5年度(2023年度)本試験 問93(物理(第4問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)

次の文章を読み、後の問いに答えよ。

物理の授業でコンデンサーの電気容量を測定する実験を行った。まず、コンデンサーの基本的性質を復習するため、図1のような真空中に置かれた平行平板コンデンサーを考える。極板の面積をS、極板間隔をdとする。

図2のように、直流電源、コンデンサー、抵抗、電圧計、電流計、スイッチを導線でつないだ。スイッチを閉じて十分に時間が経過してからスイッチを開いた。図3のグラフは、スイッチを開いてから時間tだけ経過したときの、電流計が示す電流Iを表す。ただし、スイッチを開く直前に電圧計は5.0Vを示していた。

図3のグラフから、この実験で用いた抵抗の値を求めると何Ωになるか。その値として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、電流計の内部抵抗は無視できるものとする。
問題文の画像
  • 0.02Ω
  • 20Ω
  • 200Ω
  • 0.05Ω
  • 50Ω
  • 500Ω

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この過去問の解説 (1件)

01

解答 50Ω

 

解説

スイッチを閉じて十分に時間が経過したとき、

図2の回路ではコンデンサーと直流電源が同じ電圧になり、

コンデンサーには電流が流れない状態になります。

このとき電圧計が5.0Vなので、

スイッチを開く瞬間のコンデンサーの電圧は5.0Vです(※)。

 

スイッチを開くと、

①コンデンサーと抵抗と電流計が直列に繋がれた回路

②直流電源と電圧計が直列に繋がれた回路

の2つに分かれます(①と②が繋がっている部分は等電位なので電流が流れません)。

①のみに着目します。

 

①について、(※)より、スイッチを開いた瞬間の抵抗は5.0Vの直流電源に

接続したのと同様の状態であり、その瞬間の電流は図3より

I=100mA=0.1Aです。オームの法則より、

R = V/I = 5.0V/0.1A = 50Ω

 

よって答えは 50Ω となります。

選択肢7. 50Ω

この選択肢が正解となります。

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