図に示すように、抵抗値10Ωの4つの抵抗\(R_{1}\), \(R_{2}\),\(R_{3}\), \(R_{4}\) , 抵抗値20Ωの抵抗 \(R_{5}\),起電力10Vの2つの電池\(E _{1},E _{2}\),ダイオード\(D\),4つのスイッチ\(S _{1} ,S _{2} ,S _{3}, S _{4} \) および電気容量5.0μFのコンデンサー \(C\) を接続して回路を作った。電池の内部抵抗、結線に用いた導線の抵抗は無視でき、ダイオードにおいて電流は、逆方向に全く流れず、順方向に電圧降下なしに流れるものとする。はじめ、スイッチはすべて開いているものとし、コンデンサーには、電荷は蓄えられていないものとする。次の【 1 】~【 7 】に入る値を答えよ。
(1)スイッチS1を閉じたとき、ダイオード\(D\) には逆方向電圧がかかっているので、抵抗 \(R_{1}\) にかかる電圧は、【 1 】Vであり、抵抗\(R _{2} \)を流れる電流は【 2 】Aである。
(2)次に、スイッチ \(S_{1}\) を閉じたままスイッチ\(S _{2}\)を閉じた。このとき抵抗\(R _{2}\) に流れる電流は【 3 】Aであり、抵抗 \(R_{2}\)で1秒間に発生するジュール熱は【 4 】Jである。
(3)さらに、スイッチ \(S _{1} ,S _{2} \) は閉じたままでスイッチ \(S _{3} \) を閉じた。この操作を行って十分時間が経ったとき、コンデンサーに蓄えられている電気量は【 5 】×10-5Cであり、静電エネルギーは【 6 】×10-4Jである。
(4)設問(3)の状態で、スイッチ \(S _{3} \) を開きスイッチ \(S _{4} \) を閉じた。このとき、抵抗 \(R_{3}\) を流れる電流は、キルヒホッフの法則を用いて求めると、【 7 】Aとなる。
【問題PDF】
【解説】
【解説PDF】
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