図のように、直流電圧 \(E\) [V] の電源が2個、\(R\) [\(\Omega\)] の抵抗が2個、静電容量 \(C\) [F] のコンデンサ、スイッチ \(S_1\) と \(S_2\) からなる回路がある。スイッチ \(S_1\) と \(S_2\) の初期状態は、共に開いているものとする。電源の内部インピーダンスは零とする。時刻 \(t=t_1\) [s] でスイッチ \(S_1\) を閉じ、その後、時定数 \(CR\) [s] に比べて十分に時間が経過した時刻 \(t=t_2\) [s] でスイッチ \(S_1\) を開き、スイッチ \(S_2\) を閉じる。このとき、コンデンサの端子電圧 \(v\) [V] の波形を示す図として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 ただし、コンデンサの初期電荷は零とする。 [回路構成] 左ループ：電源 \(E\) (正極上)、スイッチ \(S_1\)、抵抗 \(R\)、コンデンサ \(C\) (中央) 右ループ：コンデンサ \(C\)、スイッチ \(S_2\)、抵抗 \(R\)、電源 \(E\) (正極下、負極上) ※右側電源の向きに注意。図では長い棒が下側に描かれている（通常の電池記号と逆、あるいは下側が正）。ただし、問題文には「直流電圧E」とあり、図記号の長い線がプラスである。図を見ると、左の電源は上がプラス。右の電源は下がプラス（長い線が下）である。

半導体のpn接合を利用した素子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。

図のような、演算増幅器を用いた能動回路がある。直流入力電圧 \(V_{in}\) [V] が 3 V のとき、出力電圧 \(V_{out}\) [V] として、最も近い \(V_{out}\) の値を次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 ただし、演算増幅器は、理想的なものとする。 [回路] 非反転入力端子 (+) に 5V 電源が接続。 反転入力端子 (-) には、入力 \(V_{in}\) から \(20 \text{k}\Omega\) の抵抗が接続され、出力 \(V_{out}\) から \(10 \text{k}\Omega\) の帰還抵抗が接続されている。

図のように200Vの対称三相交流電源に抵抗 \(R\) [\(\Omega\)] からなる平衡三相負荷を接続したところ、線電流は 1.73A であった。いま、電力計の電流コイルをc相に接続し、電圧コイルをc-a相間に接続したとき、電力計の指示 \(P\) [W] として、最も近い \(P\) の値を次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 ただし、対称三相交流電源の相回転は a, b, c の順とし、電力計の電力損失は無視できるものとする。

図のように、正弦波交流電圧 \(E\) [V] の電源が誘導性リアクタンス \(X\) [\(\Omega\)] のコイルと抵抗 \(R\) [\(\Omega\)] との並列回路に電力を供給している。この回路において、電流計の指示値は 12.5A、電圧計の指示値は 300V、電力計の指示値は 2250 W であった。 ただし、電圧計、電流計及び電力計の損失はいずれも無視できるものとする。 次の(a)及び(b)の問に答えよ。 この回路における無効電力 \(Q\) [var] として、最も近い \(Q\) の値を次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、正弦波交流電圧 \(E\) [V] の電源が誘導性リアクタンス \(X\) [\(\Omega\)] のコイルと抵抗 \(R\) [\(\Omega\)] との並列回路に電力を供給している。この回路において、電流計の指示値は 12.5A、電圧計の指示値は 300V、電力計の指示値は 2250 W であった。 ただし、電圧計、電流計及び電力計の損失はいずれも無視できるものとする。 次の(a)及び(b)の問に答えよ。 誘導性リアクタンス \(X\) [\(\Omega\)] として、最も近い \(X\) の値を次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図1のように、線間電圧 200V、周波数 50Hz の対称三相交流電源に \(1 \Omega\) の抵抗と誘導性リアクタンス \(\dfrac{4}{3} \Omega\) のコイルとの並列回路からなる平衡三相負荷(Y結線)が接続されている。また、スイッチSを介して、コンデンサC(\(\Delta\)結線)を接続することができるものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 スイッチSが開いた状態において、三相負荷の有効電力 \(P\) の値 [kW] と無効電力 \(Q\) の値 [kvar] 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1のように、線間電圧 200V、周波数 50Hz の対称三相交流電源に \(1 \Omega\) の抵抗と誘導性リアクタンス \(\dfrac{4}{3} \Omega\) のコイルとの並列回路からなる平衡三相負荷(Y結線)が接続されている。また、スイッチSを介して、コンデンサC(\(\Delta\)結線)を接続することができるものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 図2のように三相負荷のコイルの誘導性リアクタンスを \(\dfrac{2}{3} \Omega\) に置き換え、スイッチSを閉じてコンデンサCを接続する。このとき、電源からみた有効電力と無効電力が図1の場合と同じ値となったとする。コンデンサCの静電容量の値 [\(\mu\text{F}\)] 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、真空中において二つの小さな物体A、Bが距離 \(r\) [m] を隔てて鉛直線上に置かれている。Aは固定されており、Aの真下にBがある。物体A、Bはそれぞれ、質量 \(m_A\) [kg]、 \(m_B\) [kg] をもち、電荷 \(+q_A\) [C]、 \(-q_B\) [C] を帯びている。\(q_A > 0\)、\(q_B > 0\) とし、真空の誘電率を \(\epsilon_0\) [F/m] とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、小問(a)においては重力加速度 \(g\) [m/s\(^2\)] の重力を、小問(b)においては無重力を、それぞれ仮定する。物体A、Bの間の万有引力は無視する。 重力加速度 \(g\) [m/s\(^2\)] の重力のもとでBを初速度零で放ったとき、BはAに近づくように上昇を始めた。このときの条件を表す式として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図のように、真空中において二つの小さな物体A、Bが距離 \(r\) [m] を隔てて鉛直線上に置かれている。Aは固定されており、Aの真下にBがある。物体A、Bはそれぞれ、質量 \(m_A\) [kg]、 \(m_B\) [kg] をもち、電荷 \(+q_A\) [C]、 \(-q_B\) [C] を帯びている。\(q_A > 0\)、\(q_B > 0\) とし、真空の誘電率を \(\epsilon_0\) [F/m] とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 ただし、小問(a)においては重力加速度 \(g\) [m/s\(^2\)] の重力を、小問(b)においては無重力を、それぞれ仮定する。物体A、Bの間の万有引力は無視する。 無重力のもとでBを下向きの初速度 \(v_B\) [m/s] で放ったとき、Bは下降を始めたが、途中で速度の向きが変わり上昇に転じた。このときの条件を表す式として、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図1は、代表的なスイッチング電源回路の原理図を示している。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 回路の説明として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

図1は、代表的なスイッチング電源回路の原理図を示している。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 スイッチSがオンの間にコイルの電流 \(I\) が増加する量を \(\Delta I_{1}\) [A] とし、スイッチSがオフの間に \(I\) が減少する量を \(\Delta I_{2}\) [A] とすると、定常的には図2の太線に示すような電流の変化がみられ、 \(\Delta I_{1}=\Delta I_{2}\) が成り立つ。 ここで出力電圧 \(V_{0}\) [V] のリプルは十分小さく、出力電圧を一定とし、電流 \(I\) の増減は図2のように直線的であるとする。また、ダイオードの順方向電圧は0Vと近似する。さらに、スイッチSがオン並びにオフしている時間をそれぞれ \(T_{ON}\) [s]、 \(T_{OFF}\) [s] とする。 \(\Delta I_{1}\) と \(V_{o}\) を表す式の組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

平行平板コンデンサにおいて、極板間の距離、静電容量、電圧、電界をそれぞれ \( d \) [m]、\( C \) [F]、\( V \) [V]、\( E \) [V/m]、極板上の電荷を \( Q \) [C] とするとき、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。 ただし、極板の面積及び極板間の誘電率は一定であり、コンデンサの端効果は無視できるものとする。

図のように、真空中で2枚の電極を平行に向かい合せたコンデンサを考える。各電極の面積を \( A \) [\( \text{m}^{2} \)]、電極の間隔を \( l \) [m] とし、端効果を無視すると、静電容量は（ア）[F]である。このコンデンサに直流電圧源を接続し、電荷 \( Q \) [C] を充電してから電圧源を外した。このとき、電極間の電界 \( E = \)（イ）[\( \text{V/m} \)]によって静電エネルギー \( W = \)（ウ）[J]が蓄えられている。この状態で電極間隔を増大させると静電エネルギーも増大することから、二つの電極間には静電力の（エ）が働くことが分かる。 ただし、真空の誘電率を \( \epsilon_{0} \) [F/m] とする。

次の文章は、ある強磁性体の初期磁化特性について述べたものである。 磁界の向きに強く磁化され、比透磁率が1よりも非常に（ア）物質を強磁性体という。まだ磁化されていない強磁性体に磁界 \( H \) [A/m] を加えて磁化していくと、磁束密度 \( B \) [T] は図のように変化する。よって、透磁率 \( \mu \) [H/m] \( (= \dfrac{B}{H}) \) も磁界の強さによって変化する。図から、この強磁性体の透磁率 \( \mu \) の最大値はおよそ \( \mu_{max} = \)（イ）H/mであることが分かる。このとき、強磁性体の比透磁率はほぼ \( \mu_{r} = \)（ウ）である。点P以降は磁界に対する磁束密度の増加が次第に緩くなり、磁束密度はほぼ一定の値となる。この現象を（エ）という。 ただし、真空の透磁率を \( \mu_{0}=4\pi\times10^{-7} \) [H/m] とする。

図のような直流回路において、直流電源の電圧が90Vであるとき、抵抗 \( R_{1} \) [\( \Omega \)]、\( R_{2} \) [\( \Omega \)]、\( R_{3} \) [\( \Omega \)] の両端電圧はそれぞれ30 V, 15V, 10Vであった。抵抗 \( R_{1} \)、\( R_{2} \)、\( R_{3} \) のそれぞれの値 [\( \Omega \)] 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。

十分長いソレノイド及び小さい三角形のループがある。図1はソレノイドの横断面を示しており、三角形ループも同じ面内にある。図2はその破線部分の拡大図である。面 \( x=0 \) から右側の領域（\( x > 0 \) の領域）は直流電流を流したソレノイドの内側であり、そこには \( +z \) 方向の平等磁界が存在するとする。その磁束密度を \( B \) [T] (\( B > 0 \)) とする。 一方、左側領域（\( x < 0 \)）はソレノイドの外側であり磁界は零であるとする。ここで、三角形PQRの抵抗器付き導体ループがxy平面内を等速度 \( u \) [m/s] で \( +x \) 方向に進み、ソレノイドの巻線の隙間から内側に侵入していく。その際、導体ループの辺QRはy軸と平行を保っている。頂点Pが面 \( x=0 \) を通過する時刻を \( T \) [s] とする。また、抵抗器の抵抗 \( r \) [\( \Omega \)] は十分大きいものとする。 辺QRの中央の抵抗器に時刻 \( t \) [s] に加わる誘導電圧を \( e(t) \) [V] とし、その符号は図中の矢印の向きを正と定義する。三角形ループがソレノイドの外側から内側に入り込むときの \( e(t) \) を示す図として、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、抵抗とスイッチSを接続した直流回路がある。いま、スイッチSを開閉しても回路を流れる電流 \( I \) [A] は、\( I=30 \) Aで一定であった。このとき、抵抗 \( R_{4} \) 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。

以下の記述で、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

\( R=10 \, \Omega \) の抵抗と誘導性リアクタンス \( X \) [\( \Omega \)] のコイルとを直列に接続し、100Vの交流電源に接続した交流回路がある。いま、回路に流れる電流の値は \( I=5 \) Aであった。このとき、回路の有効電力 \( P \) 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。