(1)例題
①下図のように、内部抵抗がrの電流計、抵抗値R1の抵抗、および抵抗Aを直流電源に接続した。電流計を流れる電流の大きさがIであるとき、抵抗Aを流れる電流の大きさを求めよ。
②下図のように、内部抵抗がrの電流計、抵抗値R2の抵抗、および抵抗Bを直流電源に接続した。電流計を流れる電流の大きさがIであるとき、抵抗Bの両端の電圧の大きさを求めよ。
(2017年度センター試験物理追試験第2問A)
(2)例題の答案
①抵抗値R1の抵抗を流れる電流をI1とすると、電流計の内部抵抗と、抵抗値R1の抵抗は並列接続なので
rI=R1I1
∴ I1=rI/R1
抵抗Aを流れる電流の大きさをIAとすると
IA=I+I1=(r+R1)I/R1
②電流計の内部抵抗と、抵抗値R2の抵抗は直列接続なので、抵抗値R2の抵抗を流れる電流の大きさはIである。このとき、電流計の内部抵抗の両端の電圧をVr、抵抗値R2の抵抗の両端の電圧をV2とすると
Vr=rI
V2=R2I
よって抵抗Bの両端の電圧の大きさをVBとすると
VB=Vr+V2=(r+R2)I
(3)解法のポイント
電流計や電圧計には内部抵抗があります。回路で考えるときは、その内部抵抗も抵抗の一つとして考え、式に組み込んでいきましょう。
(4)必要な知識
①オームの法則
②キルヒホッフの法則
(5)理解すべきこと
①回路は水路をイメージすると理解しやすくなります(キルヒホッフの第1法則、キルヒホッフ第2法則、抵抗の合成についても解説しています)