【物理共通テスト対策】2019年センター試験本試験 第2問A(電磁気学)*
Summary
TLDR今日の物理授業では、2019年のセンター試験の電磁気問題を扱いました。ダイオードの動作と半導体abの電気特性について説明し、ダイオードが正方向に流れる電流と逆方向に流れる電流の違いを解説しました。また、直流と交流電源の差異や抵抗の並列接続による電流の変化についても触れ、ダイオードの特性を理解するためのグラフの選択を行いました。授業の締めくくりでは、復習の重要性を強調し、学生に理解を深めるよう促しました。
Takeaways
- 😀 授業のテーマは2019年のセンター試験の電磁気問題である。
- 🎓 ダイオードが登場し、半導体ABの結合面での電流の動きについて説明されている。
- 🔋 半導体ABの結合面では、電荷の移動とキャリア(電子やホール穴)の役割が強調されている。
- 💡 ダイオードの両端に電圧をかけることで、半導体AB内の電流の方向が決まる。
- ⚡ ダイオードが正方向に電圧をかけられた場合、電子とホール穴が集まらず、電流が流れにくい状態になる。
- 🔌 直流電源と交流電源の使い方の違いが説明されており、ダイオードの動作に影響を与える。
- 📈 抵抗値が同じである場合のダイオードと抵抗の並列接続による電流の時間変化が議論されている。
- 📊 グラフとして適切な電流の時間変化を選ぶことが求められている。
- 👨🏫 授業の最後には、ダイオードの動作と電流の流れを理解し、復習を忘れずにとアドバイスがされている。
Q & A
センター試験の2019年の電磁気の問題とはどのような内容ですか?
-センター試験の2019年の電磁気の問題は、ダイオードを使った電気回路に関する問題で、半導体ABの結合面での電流の流れやダイオードの特性について説明されています。
ダイオードの両端に電圧をかける場合、半導体AB内の電流はどのように変化しますか?
-ダイオードの両端に電圧をかけると、結合面付近でキャリアが集まって電流が流れます。ダイオードの方向に電圧がかかると、電流が流れやすくなり、逆方向になると電流が流れにくくなります。
半導体ABの結合面でどのような現象が起こりますか?
-半導体ABの結合面では、正の電荷と負の電荷が集まり、pn結合を形成します。このpn結合は電流を制御するメカニズムとして機能し、ダイオードの特性を決定します。
ダイオードが機能するのはどのような状況ですか?
-ダイオードは順方向に電圧がかかっている場合に機能し、電流を通じることができます。逆方向に電圧がかかると、電流は流れにくくなります。
pn結合における「空乏層」とは何を指しますか?
-空乏層とは、pn結合においてキャリアが缺乏している領域を指し、電流がほとんど流れにくくなります。これはダイオードの非機能状態を形成します。
ダイオードを使った電気回路で直流電源と交流電源を使い分ける理由は何ですか?
-直流電源はダイオードの特性を利用して特定の方向の電流のみを許可し、一方で交流電源は周期的に電圧の方向を変えるため、ダイオードがその方向に応じて電流を制御します。
ダイオードを使った電気回路に抵抗を並列に接続した場合、どのような影響が考えられますか?
-抵抗を並列に接続すると、ダイオードが機能しない場合でも電流が抵抗を通過して流れることになります。これはダイオードの制御機能をバイパスする効果があります。
電気回路の問題でグラフを選ばなければならない場合、どのような点を注意深く観察する必要がありますか?
-グラフを選ぶ際には、ダイオードの方向、電流の流れ方、電源の電圧の向き、抵抗の接続方法などを注意深く観察し、それらが問題文と一致しているかどうかを確認する必要があります。
電気回路の問題を解決する際に、なぜ定量的な考察が重要なのですか?
-定量的な考察は、電流や電圧などの具体的な値を预测し、理論と実験結果を比較するのに不可欠です。これにより、電気回路の動作を正確に理解し、問題を解決することができます。
授業の最後で復習を促す理由は何ですか?
-人間は時間とともに学んだことを忘れがちです。定期的に復習をすることで、知識を定着させ、長期的な記憶に移行させることができます。
Outlines
🧑🏫 物理授業の導入とダイオードの説明
本日の物理授業では、2019年のセンター試験の電磁気問題に焦点を当てた。先生はダイオードや半導体について説明し、図1の8番の問題を通じて、半導体abの接合面での電流の担い手であるキャリア(電子やホール穴)の動きを説明する。ダイオードが正しい方向に電圧がかかると、半導体から電流が流れ、直流電源を逆向きにしてしまうことについても触れている。
🔌 ダイオードの電気的性質と空乏層
ダイオードの電気的性質について詳しく説明し、空乏層(デpletion layer)が形成されると電流がほとんど流れないことを強調する。また、正解の図を通じて、接合面でのプラスとマイナスのキャリアが集まって電流が流れることを説明する。問題文の直流電源の電圧を逆転させた場合の電流の流れについても議論している。
🔄 スイッチと抵抗の変更による電流の変化
スイッチを操作して直流電源から交流電源に変更し、同じ抵抗値の抵抗を並列に追加した状況について説明する。図2と図3を通じて、a対bの電圧が変化する場合の電流の時間変化を考察し、適切なグラフを選択することが問題の焦点である。ダイオードの方向に電流が流れる方向と、抵抗値の無視できる電圧降下についても触れている。
📊 電流の時間変化グラフの選択と授業の締めくくり
最後に、適切な電流の時間変化グラフを選択することが求められる。ダイオードと抵抗が直列につながっている場合とバイパスが存在する場合の電流の流れを比較し、正しいグラフを選ぶことが重要である。授業の締めくくりとして、復習の重要性と授業の内容を振り返り、学生に理解を深めるよう促す。
Mindmap
Keywords
💡ダイオード
💡半導体
💡電流
💡キャリア
💡電圧
💡空乏層
💡電子
💡ホールキャリア
💡電荷
💡抵抗
Highlights
本日の物理の授業を始め、センター試験の2019年の電磁気の問題を扱う。
ダイオードの両端での電圧によって半導体内の電流の担い手が変化する。
半導体abの接合面でキャリアが移動し、電流が流れることについて説明。
直流電源を逆向きにすると電流が流れなくなる理由。
半導体abの電流の担い手と正負電荷の関係を解説。
ダイオードの特性と電流の向きについての基本的な説明。
半導体内の正電荷の担い手であるホール穴の説明。
ダイオードの順方向と逆方向の電流の流れ方針を比較。
空乏層の形成と電流の流れに与える影響。
直流電源と交流電源を用いた電流の時間変化の説明。
抵抗値の並列接続と電流の分配についての解説。
ダイオードと抵抗の接続方法が電流の流れ方に与える影響。
定常電流の問題とダイオードの特性を考慮した解説。
電流の時間変化グラフを選ぶ際の注意点。
ダイオードの順方向と逆方向の電圧降下を無視できる場合の説明。
電流の流れ方針とダイオードの特性を定量的に考慮する重要性。
最終的な電流の流れ方針とダイオードの特性を結びつける。
授業の締めくくりと復習の重要性の強調。
Transcripts
ハイそれでは本日の物理の授業を始めたい
と思います
本日はセンター試験の2019年の
電磁気の問題なんですが
なんかもういきなりダイオードとか書いて
あるぜと言うねもうその時点で見たくねえ
と言うねそういう人もいるかもしれない
ですけれども
まあねそう言わず頑張りましょうよという
ところでまず
図1年の8
二つの異なる半導体
ab これを設問をした大王と大丈夫だよ
あの半島対2種類だけですからね3つは出
てきてないですか
これと蛍光ねそして直 u 田ニカだなる
回路があります
この回路では
ダイオードの両端ので飲茶によって
それぞれの半導体
ab 内の電流の担いでキャリアという
やつですがこれは
雪も a と b の接合面に移動して
そう
接面付近で結論をすることで半導体会から
b 電流が流れ
でっ
直流電源を逆向きにしちゃいます
そうすると
何故か何故だかでんじは流れなくなります
ん何故か何故だかじゃなくて後でちゃんと
説明は致しますけどね
でさて何をするのかなと言いますねはい
と1ですが
半導体8 b これを電流のになんての
組み合わせ
として最も適当なものを選べと言っ
だからねチャンプこの図をもう一度観察し
ましょう
なあ
こちらはもちろん長いを+なんですよと
いうことなんでそう
+の電荷ああややがって
反対ははあのー
うん
雪面に流れてくるわけ
でそれから一方で
こちらそう短い方はマイナスですよだから
はいマイナスとつながれた方っていうのは
また
あ
そうですよ
ちゃんと
この
電源の負極とは逆の方向に動くじゃない
ですか
ということでそうやりましたね雪もう面で
ちゃんと
晴天が負電荷がいっぱいいっぱいで会う
ことになりましてちゃーんとこの向きに
電流が流れることになるじゃないですか
そこら辺です
でそれでもってもすでに選択肢が並んで
おりますが
はいまず a から b day が圧が
かかりますそして電流が流れます
でそれでもってそう
電流の担い手なんですがまぁまずそう便の
方がなじみがあるでしょう
負電荷の担い手と言えばそれは何だかんだ
と言って
電子じゃないですかと言うねそこはいい
でしょう
でそれでもってそう
今度 a のほうの正の電荷の担い手です
けれども
これもねー
まぁこんなを招くようなことかもしれない
ですけれどもアン連しちゃ電子なんですよ
ただし
電子が不足してますね
だから不足しているせいでまるで穴が開い
っているように見えるでしかもその穴の
ところというのはあたかも
西田家であるかのように振舞うわけだ
まあ様すみそう-2いっぱいか踏まえて
なんかポッと空いているところだからあー
なるほど便リズをプレイですよねと言う
まあそういう風になっている
ホールです日本語の方が分かりですよね
様子に正の電荷を持った穴ですよという
成功ね
という組み合わせだったらちゃんとこの
向きに電流流れますよということです
3番の組み合わせるこれを待つは選んで
おいてくださいななんですがまだこの話
終わりますん
4するそう
さっき言った話ですけれども
逆にしますとね
だからまあ要は
a のキャリアのあ天使です b の
キャリアが成功です
いうふうにしますと
要するにそう
こちらの方に電子が集まってきますね
で一方でこちらはそう
負に帯電しているわけだから成功はまた b
の右パジの方に集まってきてしまいますね
いうことでこの本編さ eb とあって
それぞれのこの貼り合わせた雪も面じゃ
ない方にキャリアが集まってしまいます
だから説明はどうなっているかって言っ
たら
お留守になっちゃうじゃないですか
キャリアがねそれを妻に言っ
空乏層と呼んでおります
でそれでもって
まったく電流が流れないかといったら必ず
しもそうではないんですけれども
まあそう
さっきも言った通りでこの正解の図のよう
な感じで接合面でプラスとマイナスが
たくさん出会いますよねそれによって電流
が流れているわけだから
空乏層ができているときは田中はほとんど
流れはしないわけですよねっ
だからそうあの今はab は何なのか君
なさいキャリア金っていう問題だったが
こういう証言にしましたけれども
この版豆正解の状態のままで問題文のよう
な感じで直流電源の電圧の方を逆転しまし
たとまあこの時だって当然同じように電流
はほとんど流れなくなあるんですよ
まぁそこのところをしっかりと分かって
おいてくださいなというところです
でさてそろそろ次に行きましょうか
今度は何かと言うと入っ
スイッチの開度の直流電源を出たベタベタ
集キラー gt の交流電源に交換ん
同じ抵抗値の抵抗を図のようなん
図2のようにねなんか抵抗がプラスされて
います
並列につき加えたと思う
で
10 a に対する b の米の時間変化
ねこれを
図3に示します
でそして
検品
を流れる電流の時間変化がこれを表す
グラフとして最も適当なものを次のページ
夏から選んでねという話ですが
でそしてそう
これもまあ要注意ですが
頭に中のこの矢印の向きねこれっていうの
がそう
田中の正の向きとします
でまた
ダイオードねa から b の向きに電流
が流れるんですねっ
第大手の米圧降下
これは無視できることにしましょうよと
いうそんなお話だそう
でそうそうそう選択肢としてはこんなです
よというのと
れそう
図2と図3ですけれども
まぁここらを見ながらじっくり考え
ましょうか
はい
まあそう2つの状況を考えなくちゃいけ
ません
まぁ要するに
a に対する b の
っていいん
これは生ですよという状況
これを考えるんだとすると
はい
ほらねっ
+ですよマイナスですよと言うさっきの
直流電源と同じ状況になっていますだから
ということでこのダイオードにとって立っ
て純方をに他ならないじゃないですか
話になりますのでそう
何の傾向にも電流が流れることになります
よというお話
でそれでもってそう
はい
二つ目ですとん
昆布はそう
a に対する b のでんが付ですね
っていうことになりますとさっきの職隆
電源でやってた時と電圧の影やだがたかけ
方が
逆転しているではないですかだからという
ことでそう
ii
まあまずこっちからみようかっていう
ところですがダウンロードの方ねこれは
逆方向の電圧のかけ方になってしまうだ
からということでこの度も中のここは残念
ながら電流は流れませんとでだけど注意し
なきゃいけないのは
ほれとこれねっ
並列になってるだけだから
ここに電流が流れてよが流れていまいが
間違いなくそこちらには便流は流れること
になるじゃないですか
話になってきますのでそう
ダイオードと直結していない抵抗こちらに
だけ電流が流れることになります
ただね
まだ意外と複雑色ぐらいねということで
あと何を考えないといけないかというと
もうちょいと
定常的な問題ねこれがあることにご注意
ください
ん
注意しなきゃいけないのは
2つの抵抗の抵抗値は均であとそれから
もう一つ確認すんだとすれば
電流流れる時だって
ダンおおお
これによる電圧降下無視できるよという話
にしたよねということになりますのでそう
両方を流れているときね
電流の大きさというのは1対1ですよと
いうことになりますし
でそれでもってそうなはないよということ
になればさっきの合計の半分だけねここに
電流流れます4話になりますのでそう
一番の時と2番ん
ここで流れる
この p 店に流れる電流のお家さん
これはもちろん総キルヒホフの第1法則
考えてくださいねということでまぁ要する
にそうあの子から分かれます
別れますうーん
いうことになりますのでそう
これら2つの合計が流れているのが問題の
p 店ですよということになりますので
そう
1番2番の時で流れず電流の大きさねこれ
っていうのは
常に
2対1
という風になってるんですよということに
ご注意くださいん
だからということで
はい
そうなんだから
とりあえずも付けちゃいましたけれどもふ
なにはともあれ猫の一番みたいに定常電流
だけずっと流れなんてことはないです
ダートそれから
3版みたいな感じでずさんと同じパターン
まあそれだってコンデンサーの挙動がある
んだから無理ですよねと言う
まだは当然
さあ外してしまえばなというそういうお話
ですよこれはね
ダートそれから
こうねえ
問題の頭をしっかり見ていない人だと
3番は選ぶんだろうなきっとなっていう話
になりますが
要するにそう
この頭にね
ダイオード順方向になるときに関しては
しっかり田中流れているんだけれども逆
高校になってるやスパッとカットさえまし
たとね
早大をこれ車得なければ上さえ無ければ
こいつが正解になります
いうことになるんですがそうここを
ちゃんと観察しなくちゃいけなくてたとえ
そうダイオードにとって逆方向になったと
したって
こっちはなんてことなく電流流れるんです
がした全部カットしちゃダメじゃないです
かというそういうお話です
ダートそれから
ぺちん4番みたいに盛り返しが送るとかね
そういう話ではありません
でもちろん総5番6番と残ってくるよと
いう話になりますがそれは最終的に
さっきの頭のこともそうもうしてね
どっちが順方向なんだっていうかとねで
それでもって順方向になってぎゃあぁ
なるほど電流2倍になるんだねと言うまぁ
そこらを考えて一つに絞ってくれりゃ ok
よというところでした
だねさっき言った通りですけれども
あの
ただただ
ダイオードと購入便縁を直列につなぎまし
ただけではありませんからねまだバイパス
があるんですよと言うそこんとこを見逃さ
ずまたちゃんと定量的なことも聞いてい
ますがここらへんまでしっかりと考えた上
で正しいグラフを選んでくださいなという
ことになります
ほいじゃあそんなあたりで本日の授業お
疲れさまでございました
はい本日の授業いかがでしたでしょうか
あ面白いなぁわかったなぁと思っていても
1週間2週間と経つと忘れてしまうのが
人間ということになりますのでちゃーんと
ねまたまた間をあけて復習することを忘れ
ないでくださいねえそれでは皆さま
さようなら
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