科目と出題形式を選んで演習を始めましょう。
長さ 2m の直線状の棒磁石があり、その両端の磁極は点磁荷とみなすことができ、その強さは、N極が \(1\times10^4\) Wb、S極が \(-1\times10^4\) Wb である。図のように、この棒磁石を点BC間に置いた。このとき、点Aの磁界の大きさの値 [A/m] 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A, B, Cは、一辺を 2m とする正三角形の各頂点に位置し、真空中にあるものとする。真空の透磁率は \(\mu_{0}=4\pi\times10^{-7}\) H/m とする。また、N極、S極の各点磁荷以外の部分から点Aへの影響はないものとする。
図のように、原点Oを中心とし \(x\) 軸を中心軸とする半径 \(a\) [m] の円形導体ループに直流電流 \(I\) [A] を図の向きに流したとき、\(x\) 軸上の点、つまり、\((x, y, z)=(x, 0, 0)\) に生じる磁界の \(x\) 方向成分 \(H(x)\) [A/m] を表すグラフとして、最も適切なものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
次の文章は、抵抗器の許容電力に関する記述である。 許容電力 \(\dfrac{1}{4}\) W、抵抗値 100 \(\Omega\) の抵抗器A、及び許容電力 \(\dfrac{1}{8}\) W、抵抗値 200 \(\Omega\) の抵抗器Bがある。抵抗器Aと抵抗器Bとを直列に接続したとき、この直列抵抗に流すことのできる許容電流の値は (ア) mAである。また、直列抵抗全体に加えることのできる電圧の最大値は、抵抗器Aと抵抗器Bとを並列に接続したときに加えることのできる電圧の最大値の (イ) 倍である。 上記の記述中の空白箇所 (ア)及び(イ)に当てはまる数値の組合せとして、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
\(R_{a}\)、\(R_{b}\) 及び \(R_{c}\) の三つの抵抗器がある。これら三つの抵抗器から二つの抵抗器 (\(R_{1}\) 及び \(R_2\)) を選び、図のように、直流電流計及び電圧 \(E=1.4\) V の直流電源を接続し、次のような実験を行った。 実験I: \(R_1\) を \(R_a\)、\(R_2\) を \(R_b\) としたとき、電流 \(I\) の値は 56 mA であった。 実験II: \(R_1\) を \(R_b\)、\(R_2\) を \(R_c\) としたとき、電流 \(I\) の値は 35 mA であった。 実験III: \(R_1\) を \(R_c\)、\(R_2\) を \(R_a\) としたとき、電流 \(I\) の値は 40 mA であった。 これらのことから、\(R_a\) の抵抗値 [\(\Omega\)] 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、直流電源及び直流電流計の内部抵抗は無視できるものとする。
図のように、直流電圧 \(E=10\) V の定電圧源、直流電流 \(I=2\) A の定電流源、スイッチS、\(r=1\) \(\Omega\) と \(R\) [\(\Omega\)] の抵抗からなる直流回路がある。この回路において、スイッチSを閉じたとき、\(R\) [\(\Omega\)] の抵抗に流れる電流 \(I_{R}\) の値 [A] がSを閉じる前に比べて 2倍に増加した。\(R\) の値 [\(\Omega\)] 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、角周波数 \(\omega\) [rad/s] の交流電源と力率 \(\dfrac{1}{\sqrt{2}}\) の誘導性負荷 \(\dot{Z}\) [\(\Omega\)] との間に、抵抗値 \(R\) [\(\Omega\)] の抵抗器とインダクタンス \(L\) [H] のコイルが接続されている。\(R=\omega L\) とするとき、電源電圧 \(\dot{V}_{1}\) [V] と負荷の端子電圧 \(\dot{V}_{2}\) [V] との位相差の値 [\({}^\circ\)] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
次の文章は、図の回路に関する記述である。 交流電圧源の出力電圧を 10 V に保ちながら周波数 \(f\) [Hz] を変化させるとき、交流電圧源の電流の大きさが最小となる周波数は (ア) Hz である。このとき、この電流の大きさは (イ) A であり、その位相は電源電圧を基準として (ウ) 。 ただし、電流の向きは図に示す矢印のとおりとする。 上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)及び(ウ)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。
静電容量が 1 F で初期電荷が 0 C のコンデンサがある。起電力が 10 V で内部抵抗が 0.5 \(\Omega\) の直流電源を接続してこのコンデンサを充電するとき、充電電流の時定数の値 [s] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
次の文章は、磁界中の電子の運動に関する記述である。 図のように、平等磁界の存在する真空かつ無重力の空間に、電子を \(x\) 方向に初速度 \(v\) [m/s] で放出する。平等磁界は \(z\) 方向であり磁束密度の大きさ \(B\) [T] をもつとし、電子の質量を \(m\) [kg]、素電荷の大きさを \(e\) [C] とする。ただし、紙面の裏側から表側への向きを \(z\) 方向の正とし、\(v\) は光速に比べて十分小さいとする。このとき、電子の運動は (ア) となり、時間 \(T=\) (イ) [s] 後に元の位置に戻ってくる。電子の放出直後の軌跡は破線矢印の (ウ) のようになる。 一方、電子を磁界と平行な方向に放出すると、電子の運動は (エ) となる。 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、ダイオードD、抵抗値 \(R\) [\(\Omega\)] の抵抗器、及び電圧 \(E\) [V] の直流電源からなるクリッパ回路に、正弦波電圧 \(v_{i}=V_{m}\sin\omega t\) [V] (ただし、\(V_{m}>E>0\)) を入力したときの出力電圧 \(v_{o}\) [V] の波形である。図2(a)～(e) のうち図1の出力波形が得られる回路として、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、\(\omega\) [rad/s] は角周波数、\(t\) [s] は時間を表す。また、順電流が流れているときのダイオードの端子間電圧は 0 V とし、逆電圧が与えられているときのダイオードに流れる電流は 0 A とする。
図のように、起電力 \(\dot{E}_{a}\) [V]、\(\dot{E}_{b}\) [V]、\(\dot{E}_{c}\) [V] をもつ三つの定電圧源に、スイッチ \(S_{1}\)、\(S_{2}\)、\(R_{1}=10\) \(\Omega\) 及び \(R_{2}=20\) \(\Omega\) の抵抗を接続した交流回路がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、\(\dot{E}_{a}\) [V]、\(\dot{E}_{b}\) [V]、\(\dot{E}_{c}\) [V] の正の向きはそれぞれ図の矢印のようにとり、これらの実効値は 100 V、位相は \(\dot{E}_{a}\) [V]、\(\dot{E}_{b}\) [V]、\(\dot{E}_{c}\) [V] の順に \(\dfrac{2}{3}\pi\) [rad] ずつ遅れているものとする。 スイッチ \(S_2\) を開いた状態でスイッチ \(S_1\) を閉じたとき、\(R_{1}\) [\(\Omega\)] の抵抗に流れる電流 \(\dot{I}_{1}\) 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、起電力 \(\dot{E}_{a}\) [V]、\(\dot{E}_{b}\) [V]、\(\dot{E}_{c}\) [V] をもつ三つの定電圧源に、スイッチ \(S_{1}\)、\(S_{2}\)、\(R_{1}=10\) \(\Omega\) 及び \(R_{2}=20\) \(\Omega\) の抵抗を接続した交流回路がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、\(\dot{E}_{a}\) [V]、\(\dot{E}_{b}\) [V]、\(\dot{E}_{c}\) [V] の正の向きはそれぞれ図の矢印のようにとり、これらの実効値は 100 V、位相は \(\dot{E}_{a}\) [V]、\(\dot{E}_{b}\) [V]、\(\dot{E}_{c}\) [V] の順に \(\dfrac{2}{3}\pi\) [rad] ずつ遅れているものとする。 スイッチ \(S_1\) を開いた状態でスイッチ \(S_2\) を閉じたとき、\(R_{2}\) [\(\Omega\)] の抵抗で消費される電力の値 [W] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
エミッタホロワ回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。 図1の回路で \(V_{CC}=10\) V、\(R_{1}=18\) k\(\Omega\)、\(R_{2}=82\) k\(\Omega\) とする。動作点におけるエミッタ電流を 1 mA としたい。抵抗 \(R_{E}\) の値 [k\(\Omega\)] 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、動作点において、ベース電流は \(R_{2}\) を流れる直流電流より十分小さく無視できるものとし、ベースーエミッタ間電圧は 0.7 V とする。
エミッタホロワ回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。 図2は、エミッタホロワ回路の交流等価回路である。ただし、使用する周波数において図1の二つのコンデンサのインピーダンスが十分に小さい場合を考えている。ここで、\(h_{ie}=2.5\) k\(\Omega\)、\(h_{fe}=100\) であり、\(R_{E}\) は小問(a)で求めた値とする。入力インピーダンス \(\dfrac{\dot{v}_{i}}{\dot{i}_{i}}\) の値 [k\(\Omega\)] 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、\(\dot{v}_{i}\)、\(\dot{i}_{i}\) はそれぞれ図2に示す入力電圧と入力電流である。
（選択問題） 空気 (比誘電率 1) で満たされた極板間距離 \(5d\) [m] の平行板コンデンサがある。図のように、一方の極板と大地との間に電圧 \(V_0\) [V] の直流電源を接続し、極板と同形同面積で厚さ \(4d\) [m] の固体誘電体 (比誘電率 4) を極板と接するように挿入し、他方の極板を接地した。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、コンデンサの端効果は無視できるものとする。 極板間の電位分布を表すグラフ (縦軸: 電位 \(V\) [V]、横軸: 電源が接続された極板からの距離 \(x\) [m]) として、最も近いものを図中の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
（選択問題） 空気 (比誘電率 1) で満たされた極板間距離 \(5d\) [m] の平行板コンデンサがある。図のように、一方の極板と大地との間に電圧 \(V_0\) [V] の直流電源を接続し、極板と同形同面積で厚さ \(4d\) [m] の固体誘電体 (比誘電率 4) を極板と接するように挿入し、他方の極板を接地した。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、コンデンサの端効果は無視できるものとする。 \(V_0=10\) kV, \(d=1\) mm とし、比誘電率 4 の固体誘電体を比誘電率 \(\epsilon_r\) の固体誘電体に差し替え、空気ギャップの電界の強さが 2.5 kV/mm となったとき、\(\epsilon_r\) 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。
（選択問題） 内部抵抗が 15 k\(\Omega\) の 150 V 測定端子と内部抵抗が 10 k\(\Omega\) の 100 V 測定端子をもつ永久磁石可動コイル形直流電圧計がある。この直流電圧計を使用して、図のように、電流 \(I\) [A] の定電流源で電流を流して抵抗 \(R\) の両端の電圧を測定した。 測定I: 150 V の測定端子で測定したところ、直流電圧計の指示値は 101.0 V であった。 測定II: 100 V の測定端子で測定したところ、直流電圧計の指示値は 99.00 V であった。 次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、測定に用いた機器の指示値に誤差はないものとする。 抵抗 \(R\) の抵抗値 [\(\Omega\)] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
（選択問題） 内部抵抗が 15 k\(\Omega\) の 150 V 測定端子と内部抵抗が 10 k\(\Omega\) の 100 V 測定端子をもつ永久磁石可動コイル形直流電圧計がある。この直流電圧計を使用して、図のように、電流 \(I\) [A] の定電流源で電流を流して抵抗 \(R\) の両端の電圧を測定した。 測定I: 150 V の測定端子で測定したところ、直流電圧計の指示値は 101.0 V であった。 測定II: 100 V の測定端子で測定したところ、直流電圧計の指示値は 99.00 V であった。 次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、測定に用いた機器の指示値に誤差はないものとする。 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。
図のように、真空中に点P、点A、点Bが直線上に配置されている。点Pは \(Q\)[C]の点電荷を置いた点とし、A-B間に生じる電位差の絶対値を \(|V_{AB}|\) [V]とする。次の(a)〜(d)の四つの実験を個別に行ったとき、 \(|V_{AB}|\) [V]の値が最小となるものと最大となるものの実験の組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 [実験内容] (a) P-A間の距離を2m, A-B間の距離を1mとした。 (b) P-A間の距離を1m, A-B間の距離を2mとした。 (c) P-A間の距離を0.5m, A-B間の距離を1mとした。 (d) P-A間の距離を1m, A-B間の距離を0.5mとした。
図のように、極板間距離 \(d\) [mm]と比誘電率 \(\varepsilon_r\) が異なる平行板コンデンサが接続されている。極板の形状と大きさは全て同一であり、コンデンサの端効果、初期電荷及び漏れ電流は無視できるものとする。印加電圧を10kV とするとき、図中の二つのコンデンサ内部の電界の強さ \(E_{A}\) 及び \(E_{B}\) の値 [kV/mm] 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。
図は積層した電磁鋼板の鉄心の磁化特性(ヒステリシスループ)を示す。図中の \(B\) [T] 及び \(H\) [A/m] はそれぞれ磁束密度及び磁界の強さを表す。この鉄心にコイルを巻きリアクトルを製作し、商用交流電源に接続した。実効値が \(V\)[V]の電源電圧を印加すると図中に矢印で示す軌跡が確認された。コイル電流が最大のときの点は (ア) である。次に、電源電圧実効値が一定に保たれたまま、周波数がやや低下したとき、ヒステリシスループの面積は (イ)。一方、周波数が一定で、電源電圧実効値が低下したとき、ヒステリシスループの面積は (ウ)。最後に、コイル電流実効値が一定で、周波数がやや低下したとき、ヒステリシスループの面積は (エ)。 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。
図のように、磁路の長さ \(l=0.2\) m、断面積 \(S=1\times10^{-4}\) m\(^2\) の環状鉄心に巻数 \(N=8\,000\) の銅線を巻いたコイルがある。このコイルに直流電流 \(I=0.1\) A を流し、鉄心中の磁束密度は \(B=1.28\) T であった。このときの鉄心の透磁率の値 [H/m] 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、コイルによって作られる磁束は、鉄心中を一様に通り、鉄心の外部に漏れないものとする。
図のように、七つの抵抗及び電圧 \(E=100\) Vの直流電源からなる回路がある。この回路において、A-D間、B-C間の各電位差を測定した。このとき、A-D間の電位差の大きさ [V] 及び B-C 間の電位差の大きさ [V]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。
図に示す直流回路は、100Vの直流電圧源に直流電流計を介して10Ωの抵抗が接続され、50Ωの抵抗と抵抗\(R\) [\(\Omega\)] が接続されている。電流計は5Aを示している。抵抗\(R\) [\(\Omega\)] で消費される電力の値 [W]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。なお、電流計の内部抵抗は無視できるものとする。
図のように、三つの抵抗 \(R_{1}\) [\(\Omega\)], \(R_{2}\) [\(\Omega\)], \(R_{3}\) [\(\Omega\)] とインダクタンス \(L\) [H]のコイルと静電容量 \(C\) [F]のコンデンサが接続されている回路に \(V\) [V]の直流電源が接続されている。定常状態において直流電源を流れる電流の大きさを表す式として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
図の回路において、正弦波交流電源と直流電源を流れる電流 \(I\) 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。ただし、 \(E_{a}\) は交流電圧の実効値 [V], \(E_{d}\) は直流電圧の大きさ [V], \(X_{c}\) は正弦波交流電源に対するコンデンサの容量性リアクタンスの値 [\(\Omega\)], \(R\) は抵抗値 [\(\Omega\)] とする。 \(R=10\Omega\), \(X_{c}=10\Omega\), \(E_{a}=100\) V, \(E_{d}=100\) V
図は、実効値が1Vで角周波数 \(\omega\) [krad/s] が変化する正弦波交流電源を含む回路である。いま、 \(\omega\) の値が \(\omega_{1}=5\) krad/s, \(\omega_{2}=10\) krad/s, \(\omega_{3}=30\) krad/s と3通りの場合を考え、 \(\omega=\omega_{k}\) \((k=1,2,3)\) のときの電流 \(i\) [A]の実効値を \(I_{k}\) と表すとき、\(I_{1}, I_{2}, I_{3}\) の大小関係として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
図のように、電圧1kVに充電された静電容量 100µF のコンデンサ、抵抗 1k\(\Omega\)、スイッチからなる回路がある。スイッチを閉じた直後に過渡的に流れる電流の時定数 \(\tau\) の値 [s]と、スイッチを閉じてから十分に時間が経過するまでに抵抗で消費されるエネルギー \(W\) の値 [J]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。
次の文章は、太陽電池に関する記述である。 太陽光のエネルギーを電気エネルギーに直接変換するものとして、半導体を用いた太陽電池がある。p形半導体とn形半導体によるpn接合を用いているため、構造としては (ア) と同じである。太陽電池に太陽光を照射すると、半導体の中で負の電気をもつ電子と正の電気をもつ (イ) が対になって生成され、電子はn形半導体の側に、 (イ) はp形半導体の側に、それぞれ引き寄せられる。その結果、p形半導体に付けられた電極がプラス極, n形半導体に付けられた電極がマイナス極となるように起電力が生じる。両電極間に負荷抵抗を接続すると太陽電池から取り出された電力が負荷抵抗で消費される。その結果、負荷抵抗を接続する前に比べて太陽電池の温度は (ウ)。 上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)及び(ウ)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。
図のように、極板間の距離 \(d\) [m]の平行板導体が真空中に置かれ、極板間に強さ \(E\) [V/m]の一様な電界が生じている。質量 \(m\) [kg]、電荷量 \(q (>0)\) [C]の点電荷が正極から放出されてから、極板間の中心 \(\frac{d}{2}\) [m]に達するまでの時間 \(t\) [s]を表す式として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 ただし、点電荷の速度は光速より十分小さく、初速度は0m/s とする。また、重力の影響は無視できるものとし、平行板導体は十分大きいものとする。
図のように電圧増幅度 \(A (>0)\) の増幅回路と帰還率 \(\beta (0<\beta \le 1)\) の帰還回路からなる負帰還増幅回路がある。この負帰還増幅回路に関する記述として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、帰還率は周波数によらず一定であるものとする。
直動式指示電気計器の種類、JISで示される記号及び使用回路の組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 なお選択肢は「種類」/「記号」/「使用回路」の順である。
図のように、平らで十分大きい導体でできた床から高さ \(h\) [m]の位置に正の電気量 \(Q\) [C]をもつ点電荷がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、点電荷から床に下ろした垂線の足を点O、床より上側の空間は真空とし、床の導体は接地されている。真空の誘電率を \(\varepsilon_{0}\) [F/m] とする。 床より上側の電界は、点電荷のつくる電界と、床の表面に静電誘導によって現れた面電荷のつくる電界との和になる。床より上側の電気力線の様子として、適切なものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
図のように、平らで十分大きい導体でできた床から高さ \(h\) [m]の位置に正の電気量 \(Q\) [C]をもつ点電荷がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、点電荷から床に下ろした垂線の足を点O、床より上側の空間は真空とし、床の導体は接地されている。真空の誘電率を \(\varepsilon_{0}\) [F/m] とする。 点電荷は床表面に現れた面電荷から鉛直方向の静電吸引力 \(F\) [N] を受ける。その力は床のない状態で点Oに対して点電荷と対称な位置に固定した電気量 \(-Q\) [C]の点電荷から受ける静電力に等しい。\(F\) [N]に逆らって、点電荷を高さ \(h\) [m] から \(z\) [m] (ただし \(h < z\)) まで鉛直方向に引き上げるのに必要な仕事 \(W\) [J]を表す式として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
図のように線間電圧 200V、周波数50Hzの対称三相交流電源にRLC負荷が接続されている。\(R=10 \Omega\)、電源角周波数を \(\omega\) [rad/s] として、 \(\omega L=10 \Omega\)、\(\dfrac{1}{\omega C}=20 \Omega\) である。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
図のように線間電圧 200V、周波数50Hzの対称三相交流電源にRLC負荷が接続されている。\(R=10 \Omega\)、電源角周波数を \(\omega\) [rad/s] として、 \(\omega L=10 \Omega\)、\(\dfrac{1}{\omega C}=20 \Omega\) である。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
NAND ICを用いたパルス回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、高電位を「1」、低電位を「0」と表すことにする。 pチャネル及びnチャネル MOSFETを用いて構成された図1の回路と真理値表が同一となるものを、図2のNAND 回路の接続(イ)、(ロ)、(ハ)から選び、全て列挙したものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
NAND ICを用いたパルス回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし、高電位を「1」、低電位を「0」と表すことにする。 図3の三つの回路はいずれもマルチバイブレータの一種であり、これらの回路図において NAND ICの電源及び接地端子は省略している。同図(ニ)、(ホ)、(ヘ)の入力の数がそれぞれ0,1,2であることに注意して、これら三つの回路と次の二つの性質を正しく対応づけたものの組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 性質I: 出力端子からパルスが連続的に発生し、ディジタル回路の中で発振器として用いることができる。 性質II: 「0」や「1」を記憶する機能をもち、フリップフロップの構成にも用いられる。
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。
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。