波動・電気（波の性質・オームの法則・電力） ── 問題
基礎
- 振動数 2 Hz、波長 2.9 m の波が伝わる速さは何 m/s ですか。
- 振動数 405 Hz のおんさと 397 Hz のおんさを同時に鳴らすと、1 秒間に何回のうなりが聞こえますか。
- 25 Ω の抵抗に 9 V の電圧を加えると、流れる電流は何 A ですか。
- 消費電力 1200 W の電気器具を 2 時間使ったときの電力量は何 kWh ですか。
- 波が媒質の境界ではね返る現象について、名称と特徴の組み合わせとして妥当なものはどれですか。 （ア 反射 ── 入射角より反射角のほうが常に大きい イ 回折 ── はね返ると波長が半分になる ウ 干渉 ── はね返ると振動数が 2 倍になる エ 屈折 ── 入射角と反射角の大きさは等しい undefined 反射 ── 入射角と反射角の大きさは等しい）
- 音の三要素（高さ・大きさ・音色）と波の量の対応として妥当なものはどれですか。 （ア 高さは波形、大きさは振幅、音色は振動数で決まる イ 高さは振動数、大きさは波長、音色は速さで決まる ウ 高さは速さ、大きさは振幅、音色は振動数で決まる エ 高さは振幅、大きさは振動数、音色は波形で決まる undefined 高さは振動数、大きさは振幅、音色は波形で決まる）
- 家庭の電気配線について、妥当なものはどれですか。 （ア 器具を多くつなぐほど全体の合成抵抗が大きくなり、流れる電流の合計は減る イ 直列につながれているため、1 つの器具が切れると他の器具も使えなくなる ウ 各器具は直列につながれているため、どの器具にも同じ大きさの電流が流れる エ 各器具は並列につながれ、どの器具にも同じ電圧がかかり、1 つを切っても他は使える undefined 並列につながれているため、器具を増やしても回路全体の消費電力は変わらない）
標準
- がけに向かって音を出したところ、2.7 秒後に反射音が聞こえた。音を出した位置からがけまでの距離は何 m ですか。音の速さを 340 m/s とする。
- 12 Ω と 30 Ω の抵抗を直列に接続したときの合成抵抗は何 Ω ですか。
- 5 Ω の電熱線に 50 V の電圧を加えたときの消費電力は何 W ですか。
- 抵抗 12 Ω の電熱線に 1 A の電流を 60 秒間流したとき、発生する熱量は何 J ですか。
- 同じ材質の導線で、長さを 3 倍、断面積を 1/4 倍にすると、抵抗はもとの何倍になりますか。 （ア 4/3 倍 イ 12 倍 ウ 3/4 倍 エ 4 倍 undefined 1 倍）
- 電磁波のうち、物質を透過する力が強く、レントゲン撮影に利用されているものはどれですか。 （ア 紫外線 イ 電波 ウ 赤外線 エ X 線 undefined 可視光線）
- 真空中の光の速さを 3.0 × 10⁸ m/s とすると、屈折率 2.4 のダイヤモンドの中を進む光の速さはどれですか。 （ア 3 × 10⁸ m/s イ 2.7 × 10⁸ m/s ウ 7.2 × 10⁸ m/s エ 1.25 × 10⁸ m/s undefined 2.4 × 10⁸ m/s）
- 100 V の電源につないだときの消費電力が 40 W の電気器具がある。この器具の抵抗はどれですか。 （ア 500 Ω イ 0.4 Ω ウ 250 Ω エ 125 Ω undefined 4000 Ω）
- 60 V の電源に 2 Ω と 5 Ω の抵抗を並列につないだ。電源から流れ出る電流の大きさはどれですか。 （ア 30 A イ 12 A ウ 21 A エ 22 A undefined 42 A）
- 光の性質に関する記述として妥当なものはどれですか。 （ア 光ファイバーは、屈折率の大きい芯と小さい外側の境界で全反射をくり返して光を伝える イ 凸レンズは光を発散させるので、遠くの物を見るための近視用めがねに使われる ウ 光は電磁波の一種であるため、音と同じく真空中を伝わることができない エ 虹は、太陽光が雨粒の中で回折して波長ごとに分かれることで見える undefined 全反射は、光が屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質へ進むとき、入射角が臨界角を超えると起こる）
発展
- 6 V の電源に 6 Ω と 10 Ω の抵抗を直列につないだ。10 Ω の抵抗にかかる電圧は何 V ですか。
- 10 Ω の抵抗に、15 Ω と 30 Ω の抵抗を並列にしたものを直列につないだ。全体の合成抵抗は何 Ω ですか。
- 消費電力 1000 W の器具を 1 日 6 時間、10 日間使った。電気料金を 1 kWh あたり 25 円とすると、料金は何円ですか。
- 振動数 360 Hz の音を出しながら列車が速さ 40 m/s で近づいてくる。静止している人が聞く音の振動数はどれですか。音の速さを 340 m/s とする。 （ア 322 Hz イ 360 Hz ウ 408 Hz エ 320 Hz undefined 470 Hz）
- 電磁誘導に関する記述として妥当なものはどれですか。 （ア 誘導電流の大きさは、磁石を動かす速さやコイルの巻数には関係しない イ 発電機は電流を流して磁力を発生させる装置であり、モーターは磁石の動きから電流を得る装置である ウ 磁石をコイルの中に入れたまま静止させておくと、コイルには一定の電流が流れ続ける エ 変圧器は、直流の電圧を上げたり下げたりするために使われる undefined コイルに磁石を近づけたり遠ざけたりすると電流が流れ、その向きは磁力線の変化を妨げる向きになる）
波動・電気（波の性質・オームの法則・電力） ── 解答
基礎
- 5.8 v ＝ fλ ＝ 2 × 2.9 ＝ 5.8 m/s。（周期 T ＝ 1/f ＝ 0.5 秒で 1 波長 2.9 m 進む、と考えても同じ）
- 8 うなりの回数（1 秒あたり）＝ 振動数の差 ＝ |405 − 397| ＝ 8 回。
- 0.36 オームの法則 V ＝ RI → I ＝ V ÷ R ＝ 9 ÷ 25 ＝ 0.36 A。
- 2.4 1200 W ＝ 1.2 kW。電力量 ＝ 電力 × 時間 ＝ 1.2 kW × 2 h ＝ 2.4 kWh。
- undefined 反射 ── 入射角と反射角の大きさは等しい 反射 ── 入射角と反射角の大きさは等しい。反射・屈折・回折・干渉は「何が起こるか」で区別する。回折は波長が長いほど目立ち、屈折で変わらないのは振動数、干渉は重ね合わせの結果で通り過ぎれば元に戻る。
- undefined 高さは振動数、大きさは振幅、音色は波形で決まる 振動数が大きいほど高い音、振幅が大きいほど大きい音、波形の違いが音色（同じ高さ・大きさでも楽器で音が違う理由）。音の速さは高さや大きさによらず空気中で約 340 m/s。
- エ 各器具は並列につながれ、どの器具にも同じ電圧がかかり、1 つを切っても他は使える 家庭の配線は並列。並列では各器具に電源電圧（100 V）がそのままかかり、器具を増やすほど合成抵抗は小さくなって電流の合計と消費電力は増える（だからブレーカーが落ちる）。
標準
- 459 音は往復しているので、進んだ距離は 340 × 2.7 ＝ 918 m。がけまでは半分の 459 m。
- 42 直列接続の合成抵抗：12 ＋ 30 ＝ 42 Ω。並列にすると、どの抵抗より小さくなる。
- 500 電流 I ＝ V ÷ R ＝ 50 ÷ 5 ＝ 10 A。電力 P ＝ VI ＝ 50 × 10 ＝ 500 W。（P ＝ V²/R でも同じ）
- 720 ジュール熱 Q ＝ I²Rt ＝ 1² × 12 × 60 ＝ 720 J。（電圧は V ＝ RI ＝ 12 V なので Q ＝ VIt でも同じ）
- イ 12 倍 R ＝ ρL/S。長さに比例し、断面積に反比例する。3 ÷ 1/4 ＝ 12 倍。
- エ X 線 X 線。電磁波は波長の長い順に 電波 → 赤外線 → 可視光線 → 紫外線 → X 線 → γ 線。波長が短いほど振動数とエネルギーが大きい。
- エ 1.25 × 10⁸ m/s 屈折率 n ＝ 真空中の光速 ÷ 媒質中の光速。媒質中の速さ ＝ 3.0 × 10⁸ ÷ 2.4 ＝ 1.25 × 10⁸ m/s。屈折率が大きい物質ほど光は遅く進み、波長も 1/n になる（振動数は変わらない）。
- ウ 250 Ω P ＝ VI より I ＝ P ÷ V ＝ 40 ÷ 100 ＝ 0.4 A。オームの法則 R ＝ V ÷ I ＝ 100 ÷ 0.4 ＝ 250 Ω。（P ＝ V²/R を変形して R ＝ V²/P ＝ 10000 ÷ 40 でも同じ）
- undefined 42 A 並列ではどちらの抵抗にも電源の電圧 60 V がそのままかかる。2 Ω に 30 A、5 Ω に 12 A 流れ、電源から出る電流はその和 30 ＋ 12 ＝ 42 A。（合成抵抗 10/7 Ω で E ÷ R でも同じ）
- ア 光ファイバーは、屈折率の大きい芯と小さい外側の境界で全反射をくり返して光を伝える 全反射は屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ進むとき、入射角が臨界角を超えると起こる。光ファイバーはこれを利用。虹は雨粒での屈折と反射で波長ごとに分かれる分散。凸レンズは光を集め（遠視・老眼用）、近視用は凹レンズ。光は電磁波なので真空中も伝わる（音は媒質が必要）。
発展
- 3.75 直列なので電流は共通。I ＝ 6 ÷ (6 ＋ 10) ＝ 0.375 A。10 Ω の電圧 ＝ 10 × 0.375 ＝ 3.75 V。（電圧は抵抗の比 6 : 10 に分かれる）
- 20 並列部分：(15 × 30) ÷ (15 ＋ 30) ＝ 10 Ω。これと 10 Ω が直列なので 10 ＋ 10 ＝ 20 Ω。
- 1500 電力量 ＝ 1 kW × 6 h × 10 日 ＝ 60 kWh。料金 ＝ 60 × 25 ＝ 1500 円。
- ウ 408 Hz 音源が動くと、音源の前方では波長が縮み、後方では伸びる。音源が近づいてくるときの波長は (340 − 40) ÷ 360 ＝ 300 ÷ 360 m。音の速さは 340 m/s のままなので、聞こえる振動数 f ＝ 340 ÷ 波長 ＝ 360 × 340 ÷ 300 ＝ 408 Hz。近づくと高く、遠ざかると低く聞こえる。
- undefined コイルに磁石を近づけたり遠ざけたりすると電流が流れ、その向きは磁力線の変化を妨げる向きになる 電磁誘導はコイルを貫く磁力線が変化するときだけ起こり、向きは変化を妨げる向き（レンツの法則）。速く動かす・巻数を増やす・磁石を強くすると誘導電流は大きくなる。発電機は運動から電流を得る装置、モーターはその逆。変圧器は電磁誘導を使うので交流専用で、直流の電圧は変えられない。
受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.com/koumuin/shizen/zn-03/test/ ／ 問題は毎回の表示で数が変わります。印刷したものはその一例です。
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