大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）追・再試験
問70 (物理（第2問） 問3)

AさんとBさんがスマートフォン（スマホ）の無線充電器の仕組みについて話をしている。次の会話文を読んで、後の問いに答えよ。

Aさん：最近のスマホって、充電器の上に置くだけで充電できるらしいけど、どういう仕組みか知ってる？
Bさん：コイルを利用して、充電器からスマホに電力を送っているらしいよ。
Aさん：なるほど。それでは、どのように電力を送っているのか、実験で確かめてみよう。

二人は、図1のように、コイルの中心軸が一致するようにコイル1とコイル2を配置した。コイル1には交流電源と交流電流計を、コイル2には抵抗とオシロスコープをそれぞれ図1のように接続し、オシロスコープで抵抗の両端の電圧を測定した。

Aさん：交流電源のスイッチを入れると、オシロスコープに交流電圧の波形が現れたよ。
Bさん：起電力が生じているから抵抗に電流が流れている、つまり、コイル1から離れたコイル2へ電力を送ることができている証拠だね。これは、コイル1で生じた変動する磁場（磁界）がコイル2も貫くことによって起こる電磁誘導（相互誘導）によって説明できるよ。では、それが実験条件によってどのように変わるか見てみよう。

離れたコイルへ電力を送る仕組みについて学んだ二人は、次に充電について考えることにした。

Aさん：相互誘導で電力を送ることができるんだね。これで充電できるのかな？
Bさん：いや、実際にはダイオードを用いた回路がコイル2につながれているようだよ。
Aさん：ダイオードってどんなはたらきをするの？
Bさん：ダイオードには、電流を一方向にしか流さない性質があるんだ。図3のように、電流が流れる向きを順方向、その反対の向きを逆方向というんだ。ダイオードを用いた回路のはたらきを調べてみよう。

二人は、コイル2を再びコイル1に近づけ、図1の回路のコイル2と抵抗の間にダイオードを直列に入れた図4のような回路を作成し、オシロスコープで端子ab間、および端子cd間の電圧を同時に測定した。ただし、オシロスコープは図の矢印の向きに電流を流そうとする起電力を正の電圧として表示する。

次の会話文の内容が正しくなるように、空欄（　　　）に入れる図として最も適当なものを、選択肢のうちから一つ選べ。

Aさん：端子ab間の電圧波形は、図5のようになったよ。
Bさん：コイルに交流電圧が発生しているのが確認できるね。では、端子cd間はどうなっているだろう？
Aさん：端子cd間の電圧波形は、（　　　）のようになっているね。