問題：電場とは何か、試験電荷に働く力を用いて説明しなさい。

解答例：正の単位電荷に働く力として定義される空間の性質である。

解説：E=F/qで定義されます。

問題：電気力線の密度が表すものを説明しなさい。

解答例：電場の強さを表し、密なほど電場が強い。

解説：電気力線は電場を可視化する道具です。

問題：電位と電位差の違いを説明しなさい。

解答例：電位は単位電荷あたりの位置エネルギーで、電位差は二点間の電位の差である。

解説：電圧は電位差です。

問題：正電荷を電場の向きに動かすと電位はどうなるか説明しなさい。

解答例：電位は低くなる。

解説：電場は高電位から低電位へ向きます。

問題：コンデンサーが電荷を蓄える仕組みを説明しなさい。

解答例：二枚の導体板に等量異符号の電荷が分かれて蓄えられ、間に電場ができる。

解説：絶縁体を挟むと電荷が保たれます。

問題：電気容量の定義を説明しなさい。

解答例：電圧1Vあたりに蓄えられる電気量で、C=Q/Vで表される。

解説：単位はFです。

問題：電気容量2.0μFのコンデンサーに6.0Vを加えたときの電気量を求めなさい。

解答例：12μC。

解説：Q=CV=2.0μF×6.0V=12μCです。

問題：誘電体を入れると電気容量が大きくなる理由を説明しなさい。

解答例：誘電体の分極により同じ電荷での電圧が小さくなり、Q/Vが大きくなるため。

解説：分極が電場を弱めます。

問題：電流の向きと電子の移動方向の関係を説明しなさい。

解答例：電流の向きは正電荷の移動方向として定義されるため、金属中の電子の移動方向とは逆である。

解説：定義と実際の担体を区別します。

問題：抵抗率が物質固有の値であることを説明しなさい。

解答例：抵抗率は物質の種類と温度で決まり、導体の長さや断面積から抵抗を求めるための量である。

解説：R=ρL/Sです。

問題：ジュール熱が発生する理由を電子の運動で説明しなさい。

解答例：電場で加速された電子が格子に衝突し、電気エネルギーが熱運動に変わるため。

解説：抵抗で電気エネルギーが熱になります。

問題：磁場中で電流が力を受ける理由を説明しなさい。

解答例：運動する電荷が磁場からローレンツ力を受けるため、電流全体にも力が働く。

解説：モーターの原理です。

問題：電磁誘導とは何か説明しなさい。

解答例：コイルを貫く磁束が変化すると誘導起電力が生じる現象である。

解説：発電機の原理です。

問題：レンツの法則を説明しなさい。

解答例：誘導電流は磁束の変化を妨げる向きに流れる。

解説：エネルギー保存と関係します。

問題：抵抗4.0Ωに3.0Aの電流が流れるとき、電圧を求めなさい。

解答例：12V。

解説：V=RI=4.0×3.0=12Vです。

問題：抵抗10Ωで2.0A流れるとき、消費電力を求めなさい。

解答例：40W。

解説：P=I²R=4.0×10=40Wです。

問題：6.0Ωと3.0Ωの抵抗を並列接続した合成抵抗を求めなさい。

解答例：2.0Ω。

解説：1/R=1/6.0+1/3.0=1/2.0です。

問題：12V電源に4.0Ωと8.0Ωを直列につなぐ。回路電流を求めなさい。

解答例：1.0A。

解説：合成抵抗12ΩなのでI=12/12=1.0Aです。

問題：同じ電圧を加えたとき、並列回路の各抵抗の電流が抵抗値に反比例する理由を説明しなさい。

解答例：各抵抗に同じ電圧がかかり、I=V/Rだから。

解説：並列では電圧が共通です。

問題：コンデンサーを充電した後に電池を外し、極板間隔を広げると電圧はどうなるか説明しなさい。

解答例：大きくなる。

解説：電気量Qは一定で、間隔を広げると電気容量Cが小さくなり、V=Q/Cが大きくなります。

問題：電池につないだままコンデンサーの極板間隔を広げると電気量はどうなるか説明しなさい。

解答例：小さくなる。

解説：電圧Vは一定で、Cが小さくなるためQ=CVも小さくなります。

問題：電気容量5.0μF、電圧20Vのコンデンサーの静電エネルギーを求めなさい。

解答例：1.0×10^-3J。

解説：U=1/2CV²=1/2×5.0×10^-6×400=1.0×10^-3Jです。

問題：磁場に垂直に速さvで入った荷電粒子が円運動する理由を説明しなさい。

解答例：ローレンツ力が常に速度に垂直で向心力として働くため。

解説：磁場は粒子の速さではなく向きを変えます。

問題：一様磁場中で導体棒を動かすと起電力が生じる理由を説明しなさい。

解答例：導体中の電荷が磁場中を運動してローレンツ力を受け、電荷が分離するため。

解説：運動起電力の考え方です。

問題：変圧器で一次電圧と二次電圧の比が巻数比で決まる理由を説明しなさい。

解答例：同じ磁束変化が各巻線を貫き、誘導起電力が巻数に比例するから。

解説：理想変圧器の基本です。

問題：送電で高電圧を用いると損失が小さくなる理由を説明しなさい。

解答例：同じ電力を送るとき電圧を高くすると電流が小さくなり、送電線のジュール損失I²Rが減るから。

解説：電力輸送の重要な考え方です。

問題：コイルに流れる電流を急に変えにくい理由を自己誘導で説明しなさい。

解答例：電流変化による磁束変化を妨げる向きに誘導起電力が生じるから。

解説：コイルは電流変化に抵抗する性質があります。

問題：交流回路でコンデンサーが直流を通さず交流を通すように振る舞う理由を説明しなさい。

解答例：直流では充電後に電流が止まるが、交流では電圧が変化し続けて充放電が繰り返されるため。

解説：実際に誘電体を電荷が通過するわけではありません。

問題：電流計を回路に直列につなぐ理由を説明しなさい。

解答例：測りたい枝を流れる電流をそのまま電流計にも流す必要があるから。

解説：電流計の内部抵抗は小さいのが理想です。

問題：電圧計を並列につなぐ理由を説明しなさい。

解答例：測りたい二点間の電位差を測るため、その二点に接続する必要があるから。

解説：電圧計の内部抵抗は大きいのが理想です。

問題：磁石をコイルに近づける速さを大きくすると誘導起電力が大きくなる理由を説明しなさい。

解答例：単位時間あたりの磁束変化が大きくなるから。

解説：ファラデーの電磁誘導の法則です。

問題：電磁気の問題でエネルギー保存を使う利点を説明しなさい。

解答例：力の向きが複雑でも、電気的エネルギー・磁気的エネルギー・熱・仕事の変換として全体を見通せるから。

解説：回路と力学が結びつく問題で有効です。

問題：コンデンサーの極板間電場を一様とみなせる条件を説明しなさい。

解答例：極板間隔が極板の大きさに比べて十分小さく、端の影響を無視できるとき。

解説：端効果を無視する近似です。

問題：抵抗を流れる電流が定常状態で一定になる理由を説明しなさい。

解答例：各点で電荷がたまり続けず、単位時間に流入する電荷と流出する電荷が等しくなるから。

解説：電荷保存の考え方です。

問題：磁場中の荷電粒子の円運動半径が速さに比例する理由を説明しなさい。

解答例：qvB=mv²/rよりr=mv/(qB)となるため。

解説：磁場が一定なら速いほど半径は大きくなります。

問題：誘導起電力の向きが磁束変化を妨げる向きになる理由を説明しなさい。

解答例：変化を助ける向きならエネルギーが無限に増えるため、エネルギー保存に反するから。

解説：レンツの法則の物理的意味です。

問題：交流で実効値を用いる理由を説明しなさい。

解答例：同じ抵抗で同じ平均電力を生じる直流の値として、交流の効果を比較しやすくするため。

解説：家庭用交流の表示にも使われます。

問題：電磁波が真空中を伝わる理由を説明しなさい。

解答例：変化する電場が磁場を生み、変化する磁場が電場を生むため、媒質なしで伝わるから。

解説：光も電磁波です。

問題：コイルとコンデンサーでエネルギーの蓄え方が異なる点を説明しなさい。

解答例：コンデンサーは電場に、コイルは磁場にエネルギーを蓄える。

解説：電磁振動の基礎です。

問題：回路で接地を考える意味を説明しなさい。

解答例：基準電位を0Vに定め、各点の電位を比較しやすくするため。

解説：電位は基準との差として扱います。