図1は、二重積分形A-D変換器を用いたディジタル直流電圧計の原理図である。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 図1のように，負の基準電圧 $-V_r \ (V_r > 0) \ \text{[V]}$ と切換スイッチが接続された回路があり，その回路を用いて正の未知電圧 $V_x \ (> 0) \ \text{[V]}$ を測定する。まず，制御回路によってスイッチが $S_1$ 側へ切り換わると，時刻 $t=0 \ \text{[s]}$ で測定電圧 $V_x \ \text{[V]}$ が積分器へ入力される。その入力電圧 $V_i \ \text{[V]}$ の時間変化が図2(a)であり，積分器からの出力電圧 $V_o \ \text{[V]}$ の時間変化が図2(b)である。ただし， $t=0 \ \text{[s]}$ での出力電圧を $V_o = 0 \ \text{[V]}$ とする。時刻 $t_1$ における $V_o \ \text{[V]}$ は，入力電圧 $V_i \ \text{[V]}$ の期間 $0 \sim t_1 \ \text{[s]}$ で囲われる面積 $S$ に比例する。積分器の特性で決まる比例定数を $k \ (> 0)$ とすると，時刻 $t=T_1 \ \text{[s]}$ のときの出力電圧は， $V_m =$ （ア） $\text{[V]}$ となる。定められた時刻 $t=T_1 \ \text{[s]}$ に達すると，制御回路によってスイッチが $S_2$ 側に切り換わり，積分器には基準電圧 $-V_r \ \text{[V]}$ が入力される。よって，スイッチ $S_2$ の期間中の時刻 $t \ \text{[s]}$ における積分器の出力電圧の大きさは， $V_o = V_m -$ （イ） $\text{[V]}$ と表される。積分器の出力電圧 $V_o$ が $0 \ \text{[V]}$ になると，電圧比較器がそれを検出する。 $V_o = 0 \ \text{[V]}$ のときの時刻を $t=T_1+T_2 \ \text{[s]}$ とすると，測定電圧は $V_x =$ （ウ） $\text{[V]}$ と表される。さらに，図2(c)のようにスイッチ $S_1$ ， $S_2$ の各期間 $T_1 \ \text{[s]}$ ， $T_2 \ \text{[s]}$ 中にクロックパルス発振器から出力されるクロックパルス数をそれぞれ $N_1$ ， $N_2$ とすると， $N_1$ は既知なので $N_2$ をカウントすれば，測定電圧 $V_x$ がディジタル信号に変換される。ここで，クロックパルスの周期 $T_s$ は，クロックパルス発振器の動作周波数に（エ）する。 上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図1は、二重積分形A-D変換器を用いたディジタル直流電圧計の原理図である。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 基準電圧が $V_r = 2.0 \ \text{[V]}$ ，スイッチ $S_1$ の期間 $T_1 \ \text{[s]}$ 中のクロックパルス数が $N_1 = 1.0 \times 10^3$ のディジタル直流電圧計がある。この電圧計を用いて未知の電圧 $V_x \ \text{[V]}$ を測定したとき，スイッチ $S_2$ の期間 $T_2 \ \text{[s]}$ 中のクロックパルス数が $N_2 = 2.0 \times 10^3$ であった。測定された電圧 $V_x$ の値 $\text{[V]}$ として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、紙面に平行な平面内の平等電界 \(E\) [V/m]中で2Cの点電荷を点Aから点Bまで移動させ、さらに点Bから点Cまで移動させた。この移動に、外力による仕事 \(W=14\)Jを要した。点Aの電位に対する点Bの電位 \(V_{BA}\) [V]の値として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 ただし、点電荷の移動はゆっくりであり、点電荷の移動によってこの平等電界は乱れないものとする。

四本の十分に長い導体円柱①～④が互いに平行に保持されている。①～④は等しい直径を持ち、図の紙面を貫く方向に単位長さあたりの電気量 \(+Q\) [C/m]又は \(-Q\) [C/m] で均一に帯電している。ただし、\(Q>0\)とし、①の帯電電荷は正電荷とする。円柱の中心軸と垂直な面内の電気力線の様子を図に示す。ただし、電気力線の向きは示していない。このとき、①～④が帯びている単位長さあたりの電気量の組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

平等な磁束密度 \(B_0\) [T]のもとで、一辺の長さが \(h\) [m]の正方形ループABCDに直流電流 \(I\) [A] が流れている。\(B_0\)の向きは辺ABと平行である。\(B_0\)がループに及ぼす電磁力として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

磁力線は、磁極の働きを理解するのに考えた仮想的な線である。この磁力線に関する記述として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

次に示すA, B, C, Dの四種類の電線がある。いずれの電線もその長さは1km である。この四つの電線の直流抵抗値をそれぞれ \(R_A\) [Ω], \(R_B\) [Ω], \(R_C\) [Ω], \(R_D\) [Ω]とする。\(R_A \sim R_D\) の大きさを比較したとき、その大きさの大きい順として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。ただし、\(\rho\) は各導体の抵抗率とし、また、各電線は等断面,等質であるとする。 A: 断面積が \(9\times10^{-5}\text{m}^{2}\) の鉄 \((\rho=8.90\times10^{-8}\Omega\cdot \text{m})\) でできた電線 B: 断面積が \(5\times10^{-5}\text{m}^{2}\) のアルミニウム \((\rho=2.50\times10^{-8}\Omega\cdot \text{m})\) でできた電線 C: 断面積が \(1\times10^{-5}\text{m}^{2}\) の銀 \((\rho=1.47\times10^{-8}\Omega\cdot \text{m})\) でできた電線 D: 断面積が \(2\times10^{-5}\text{m}^{2}\) の銅 \((\rho=1.55\times10^{-8}\Omega\cdot \text{m})\) でできた電線

図のように、三つの抵抗 \(R_1=3~\Omega\), \(R_2=6~\Omega\), \(R_3=2~\Omega\) と電圧 \(V\) [V]の直流電源からなる回路がある。抵抗 \(R_1\), \(R_2\), \(R_3\) の消費電力をそれぞれ \(P_1\) [W], \(P_2\) [W], \(P_3\) [W]とするとき、その大きさの大きい順として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、直流電源にスイッチS, 抵抗5個を接続したブリッジ回路がある。この回路において、スイッチSを開いたとき、Sの両端間の電圧は1Vであった。スイッチSを閉じたときに8Ωの抵抗に流れる電流 \(I\) の値[A]として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 （抵抗値：左辺上1Ω、左辺下4Ω、右辺上2Ω、右辺下3Ω。※問題図の配置と数値を解析）

図のように、静電容量2µFのコンデンサ, \(R\) [Ω]の抵抗を直列に接続した。この回路に、正弦波交流電圧10V, 周波数1000Hzを加えたところ、電流 0.1A が流れた。抵抗 \(R\) の値 [Ω] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、\(R\) [Ω]の抵抗、インダクタンス \(L\) [H]のコイル、静電容量 \(C\) [F]のコンデンサと電圧 \(V\) [V]、角周波数 \(\omega\) [rad/s]の交流電源からなる二つの回路 AとBがある。両回路においてそれぞれ \(\omega^{2}LC=1\) が成り立つとき、各回路における図中の電圧ベクトルと電流ベクトルの位相の関係として、正しいものの組合せを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。ただし、ベクトル図における進み方向は反時計回りとする。

図の回路のスイッチを閉じたあとの電圧 \(v(t)\) の波形を考える。破線から左側にテブナンの定理を適用することで、回路の時定数 \(\tau\) [s] と \(v(t)\) の最終値 [V]の組合せとして、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 ただし、初めスイッチは開いており、回路は定常状態にあったとする。 （回路定数：電源10V、直列抵抗3Ω、並列抵抗1Ω、並列コンデンサ1F）

次の文章は、可変容量ダイオード(バリキャップやバラクタダイオードともいう)に関する記述である。 可変容量ダイオードとは、図に示す原理図のように (ア) 電圧 \(V\) [V]を加えると静電容量が変化するダイオードである。p形半導体とn形半導体を接合すると、p形半導体のキャリヤ(図中の●印)とn形半導体のキャリヤ(図中の○印)が pn 接合面付近で拡散し、互いに結合すると消滅して (イ) と呼ばれるキャリヤがほとんど存在しない領域が生じる。可変容量ダイオードに (ア) 電圧を印加し、その大きさを大きくすると、(イ) の領域の幅 \(d\) が (ウ) なり、静電容量の値は (エ) なる。この特性を利用して可変容量ダイオードは (オ) などに用いられている。 上記の記述中の空白箇所 (ア)～(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

次のような実験を真空の中で行った。 まず、箔検電器の上部アルミニウム電極に電荷 \(Q\) [C] を与えたところ、箔が開いた状態になった。次に、箔検電器の上部電極に赤外光、可視光,紫外光の順に光を照射したところ、紫外光を照射したときに箔が閉じた。ただし、赤外光,可視光、紫外光の強度はいずれも上部電極の温度をほとんど上昇させない程度であった。 この実験から分かることとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

演算増幅器及びそれを用いた回路に関する記述として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

物理現象と、その計測・検出のための代表的なセンサの原理との組合せとして、不適切なものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、線間電圧(実効値) 200Vの対称三相交流電源に、1台の単相電力計 \(W_1\), \(X=4\Omega\) の誘導性リアクタンス3個, \(R=9\Omega\) の抵抗3個を接続した回路がある。単相電力計 \(W_1\) の電流コイルはa相に接続し、電圧コイルはb-c相間に接続され、指示は正の値を示していた。この回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、対称三相交流電源の相順は、a, b, cとし、単相電力計 \(W_1\) の損失は無視できるものとする。 \(R=9\Omega\) の抵抗に流れる電流 \(I_{ab}\) の実効値[A]として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、線間電圧(実効値) 200Vの対称三相交流電源に、1台の単相電力計 \(W_1\), \(X=4\Omega\) の誘導性リアクタンス3個, \(R=9\Omega\) の抵抗3個を接続した回路がある。単相電力計 \(W_1\) の電流コイルはa相に接続し、電圧コイルはb-c相間に接続され、指示は正の値を示していた。この回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、対称三相交流電源の相順は、a, b, cとし、単相電力計 \(W_1\) の損失は無視できるものとする。 単相電力計 \(W_1\) の指示値 [kW] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

最大目盛150V, 内部抵抗18kΩの直流電圧計 \(V_1\) と最大目盛300V, 内部抵抗30kΩの直流電圧計 \(V_2\) の二つの直流電圧計がある。ただし、二つの直流電圧計は直動式指示電気計器を使用し、固有誤差はないものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 二つの直流電圧計を直列に接続して使用したとき、測定できる電圧の最大の値[V]として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

最大目盛150V, 内部抵抗18kΩの直流電圧計 \(V_1\) と最大目盛300V, 内部抵抗30kΩの直流電圧計 \(V_2\) の二つの直流電圧計がある。ただし、二つの直流電圧計は直動式指示電気計器を使用し、固有誤差はないものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 次に、直流電圧 450Vの電圧を測定するために、二つの直流電圧計の指示を最大目盛にして測定したい。そのためには、直流電圧計 (ア) に、抵抗 (イ) kΩを (ウ) に接続し、これに直流電圧計 (エ) を直列に接続する。このように接続して測定することで、各直流電圧計の指示を最大目盛にして測定をすることができる。 上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。