共通テスト(理科) 過去問
令和6年度(2024年度)追・再試験
問87 (物理(第4問) 問2)

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問題

共通テスト(理科)試験 令和6年度(2024年度)追・再試験 問87(物理(第4問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)

手回し発電機の原理に関する次の文章を読み、後の問いに答えよ。

手回し発電機では、ハンドルを回転させることによって直流電圧を発生させることができる。発生する直流電圧はハンドルの回転数だけで決まり、同じ速さでハンドルを回すと、接続するものによらず電圧は同じになるものとする。
手回し発電機にコンデンサーと抵抗器を直列に接続して、一定の回転数を保ちながらハンドルを回し、コンデンサーを充電していると、ハンドルの手ごたえは徐々に軽くなる。

次の文章中の空欄( B )に入れるグラフとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。

手回し発電機を、端子電圧が一定値V0の電源とみなして、図1のような回路を用いてコンデンサーを充電することを考える。
初めにコンデンサーには電荷が蓄えられていないものとし、時刻t=0にスイッチを入れる。
充電中のコンデンサーの電圧をV,抵抗を流れる電流の大きさをIとすると、Iは( A )に比例する。
コンデンサーを充電している間のIの時間変化のグラフは( B )のようになる。
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この過去問の解説 (1件)

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解答 以下の図を参照

 

解説

前問(A)より、

I=(V0-V)/R

です。

 

「Q=CV」より、コンデンサーの電荷QとVは

比例関係にあります。

充電していく過程について、Vは0から次第に

V0に近づいていくので、

IはV0/Rから次第に0に近づいていくグラフとなります。

 

この0に近づく様子は曲線(指数関数)であることに注意して、

適切な選択肢を選びます。

選択肢5. 解答選択肢の画像

この選択肢が正解となります。

はじめに最大値を取り、指数関数的に0に近づいていくのが特徴です。

まとめ

コンデンサーの充電過程および放電過程のグラフは教科書に書いてあります。

チェックしておきましょう。

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