令和 5 年度

上期

第 3 種

理

論

（第 1 時限目）■ T1－R 001

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理

第 ３ 種

論

答案用紙記入上の注意事項等
１．マークシート（答案用紙）は機械で読み取りますので，濃度ＨＢの鉛筆又はＨＢの芯を用いたシャープペンシルで濃く塗りつぶしてください。
色鉛筆やボールペンでは機械で読み取ることができません。
なお，訂正は「プラスチック消しゴム」できれいに消し，消しくずを残さないでください。
２．マークシートには，カナ氏名，受験番号，試験地が印字されています。受験票と照合の上，氏名，生年月日を記入してください。

氏

マークシートに印字してある・カナ氏名
・受験番号・試験地を受験票と照合の上，記入してください。

名

生年月日
カナ氏名

印字あり

(字数制限の省略あり)

試験地
受

印字あり
験印

字番

あ号り

３．マークシートの余白及び裏面には，何も記入しないでください。
４．マークシートは，折り曲げたり汚したりしないでください。

■ T1－R 002

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11:27:30５．問題の解答の選択肢は(1)から(5)まであります。その中から一つ選びマークシートの解答欄にマークしてください。
なお，二つ以上マークした場合には，採点されません。
（解答記入例）問１

日本で一番高い山として，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) 大雪山(2) 浅間山(3) 富士山(4) 立山(5) 阿蘇山

正解は「(3)」ですから，マークシートには問題番号

選

1

1択

肢番

2

3

4号
5のように選択肢番号の枠内を塗りつぶしてください。

６．問 17 と問 18 は選択問題です。どちらか１問を選択してください。選択問題は両方解答すると採点されません。
７．問題文で単位を付す場合は，次のとおり表記します。
①

数字と組み合わせる場合（例：②f =50 Hz

350 W

670 k V ･A）

数字以外と組み合わせる場合（例：I[A]

抵抗 R[ ]2

面積は S[m ]）（この問題は持ち帰ってください。また，白紙部分はメモ用紙として使用できます。）
次ページ以降は試験問題になっていますので，試験開始の合図があるまで，開いてはいけません。
試験問題に関する質問にはお答えできません。

■ T1－R 003

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理第 ３ 種論

Ａ問題(配点は 1 問題当たり 5 点)

問１

電極板面積と電極板間隔が共に S [m 2]と d [m]で，一方は比誘電率が r1 の誘電体からなる平行平板コンデンサ C1 と，他方は比誘電率が r 2 の誘電体からなる平行平板コンデンサ C2 がある。今，これらを図のように並列に接続し，端子 A，B 間に直流電圧 V0 [V]を加えた。このとき，コンデンサ C1 の電極板間の電界の強さを E1 [V/m]，電束密度を D1 [C/m 2]，また，コンデンサ C2 の電極板間の電界の強 さ を E2 [V/m]， 電 束 密 度 を D2 [C/m 2] と す る 。 両 コ ン デ ン サ の 電 界 の 強 さ
E1 [V/m]と E2 [V/m]はそれぞれはそれぞれ(ｲ)(ｱ)であり，電束密度 D1 [C/m 2]と D2 [C/m 2]である。したがって，コンデンサ C1 に蓄えられる電荷をQ1 [C]，コンデンサ C2 に蓄えられる電荷を Q2 [C]とすると，それらはそれぞれとなる。

(ｳ)

ただし，電極板の厚さ及びコンデンサの端効果は，無視できるものとする。また，真空の誘電率を 0 [F/m]とする。
上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｳ)に当てはまる式の組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

＋A

C1
V0 [V]

S[m 2 ]d [m ]d[m]誘電体（比誘電率－S[m 2 ] C2r1 ）誘電体（比誘電率r2 ）B-1■ T1－R 004

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(ｱ)

E1(1)

E2
E1(2)

E2
E1(3)

E2
E1(4)

E2

r1

dr2

dr1

dr2

dQ10 r1

SV0

Q20 r2

V0

Q1

0 r1

V0

Q20 r2SV0

Q10 r1

SV0

Q20 r2V0

Q10 r1

V0

Q20 r2

V0

Q1

V0

Q2V0

D2V0

D10 r1

V0D20 r2

D10 r1

D20 r2

D10 r1

D20 r2

SV0D10 r1SV0D20 r2dV0dV0dV0d0 r1

E20 r2ddr2ddddddddd(ｳ)SV0D1V0dr1

V0E1(5)(ｲ)dddddddd0d0dSV0SV0SV0SV0V0V0SV0SV0SV0SV0-2■ T1－R 005

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問２

静電界に関する次の記述のうち，誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) 媒質中に置かれた正電荷から出る電気力線の本数は，その電荷の大きさに比例し，媒質の誘電率に反比例する。
(2) 電界中における電気力線は，相互に交差しない。
(3) 電界中における電気力線は，等電位面と直交する。
(4) 電界中のある点の電気力線の密度は，その点における電界の強さ(大きさ)を表す。
(5) 電界中に置かれた導体内部の電界の強さ(大きさ)は，その導体表面の電界の強さ(大きさ)に等しい。

-3■ T1－R 006

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問３

磁気回路における磁気抵抗に関する次の記述のうち，誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) 磁気抵抗は，次の式で表される。

磁気抵抗=起磁力
磁束(2) 磁気抵抗は，磁路の断面積に比例する。
(3) 磁気抵抗は，比透磁率に反比例する。
(4) 磁気抵抗は，磁路の長さに比例する。
(5) 磁気抵抗の単位は，[ H 1 ]である。

-4■ T1－R 007

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問４

磁界及び磁束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。

(1) 1 m 当たりの巻数が N の無限に長いソレノイドに電流 I [A]を流すと，ソレノイドの内部には磁界 H

N I [A/m]が生じる。磁界の大きさは，ソレノイドの寸法や内部に存在する物質の種類に影響されない。
(2) 均一磁界中において，磁界の方向と直角に置かれた直線状導体に直流電流を流すと，導体には電流の大きさに比例した力が働く。
(3) 2 本の平行な直線状導体に反対向きの電流を流すと，導体には導体間距離の2 乗に反比例した反発力が働く。
(4) フレミングの左手の法則では，親指の向きが導体に働く力の向きを示す。
(5) 磁気回路において，透磁率は電気回路の導電率に，磁束は電気回路の電流にそれぞれ対応する。

-5■ T1－R 008

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問５

図の直流回路において，抵抗 R = 10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。

40 W60 V(1) 0.28(2) 1.89

R=10 W

40 W60 W60 W(3) 3.79(4) 5.36

80 V(5) 7.62-6■ T1－R 009

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問６

図のような直流回路において，3の抵抗を流れる電流の値[A]として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

3W5W

4V

(1) 0.35(2) 0.45

2A(3) 0.55(4) 0.65(5) 0.75-7■ T1－R 010

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問７

図の回路において，スイッチ S を閉じ，直流電源から金属製の抵抗に電流を流したとき，発熱により抵抗の温度が 120 ℃になった。スイッチ S を閉じた直後に回路を流れる電流に比べ，抵抗の温度が 120 ℃になったときに回路を流れる電流は，どのように変化するか。最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし，スイッチ S を閉じた直後の抵抗の温度は 20 ℃とし，抵抗の温度係数は一定で 0.005 ℃ 1 とする。また，直流電源の起電力の大きさは温度によらず一定とし，直流電源の内部抵抗は無視できるものとする。

S(1) 変化しない (2) 50 ％増加(3) 33 ％減少(4) 50 ％減少(5) 33 ％増加-8■ T1－R 011

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問８

次の文章は，RLC 直列共振回路に関する記述である。
R [ ]の抵抗，インダクタンス L [H]のコイル，静電容量 C [F]のコンデンサを直列に接続した回路がある。
この回路に交流電圧を加え，その周波数を変化させると，特定の周波数 fr[Hz]のときに誘導性リアクタンス 2πfr L [ ]と容量性リアクタンス

12πfr C[ ]の大きさが等しくなり，その作用が互いに打ち消し合って回路のインピーダンスが(ｱ)なり，(ｲ)電流が流れるようになる。この現象を直列共振といい，このときの周波数 fr [Hz]をその回路の共振周波数という。回路のリアクタンスは共振周波数 fr [Hz]より低い周波数では位相が(ｵ)(ｴ)(ｳ)となり，電圧より電流が流れる。また，共振周波数 fr [Hz]より高い周波数ではとなり，電圧より位相が(ｶ)電流が流れる。

-9■ T1－R 012

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上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(ｶ)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。

(ｱ)

(ｲ)

(ｳ)

(ｴ)

(ｵ)

(ｶ)

(1)

大きく

小さな

容量性

進んだ

誘導性

遅れた

(2)

小さく

大きな

誘導性

遅れた

容量性

進んだ

(3)

小さく

大きな

容量性

進んだ

誘導性

遅れた

(4)

大きく

小さな

誘導性

遅れた

容量性

進んだ

(5)

小さく

大きな

容量性

遅れた

誘導性

進んだ

- 10 ■ T1－R 013

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問９

図のように，抵抗 R [ ]と誘導性リアクタンス XL [ ]が直列に接続された交流回路がある。

RXL

12の関係があるとき，この回路の力率 cos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。

R [W]
E [V]
XL[ ]

(1) 0.43(2) 0.50(3) 0.58(4) 0.71(5) 0.87

- 11 ■ T1－R 014

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問 10

図 1 のように，インダクタンス L＝5 H のコイルに直流電流源 J が電流 i [mA]を供給している回路がある。電流 i [mA]は図 2 のような時間変化をしている。このとき，コイルの端子間に現れる電圧の大きさ v の最大値[V]として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

Ji [mA]

L=5 Hv [V]

図1i [mA]
1.00.505 ms

5 ms 5 ms 5 ms 2 ms
図2(1) 0.25

(2) 0.5(3) 1(4) 1.25

t [ms](5) 1.5- 12 ■ T1－R 015

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問 11

次の文章は，図 1 及び図 2 に示す原理図を用いてホール素子の動作原理について述べたものである。
図 1 に示すように，p 形半導体に直流電流 I [A]を流し，半導体の表面に対して垂直に下から上向きに磁束密度 B [T]の平等磁界を半導体にかけると，半導体内の正孔は進路を曲げられ，電極①には電荷，電極②には(ｱ)(ｲ)

電荷が分布し，半導体の内部に電界が生じる。また，図 2 の n 形半導体の場合
は，電界の方向は p 形半導体の方向と(ｳ)①-②間にホール電圧 VH[V]が発生する。

RH(ｴ)である。この電界により，電極

ただし，d [m]は半導体の厚さを示し， RH は比例定数[m 3 /C] である。
上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(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。

p形半導体

B [T]

n形半導体B [T]

I [A]
電極①I [A]電極①電極②d [m]電極②d [m]図1

図2- 13 ■ T1－R 016

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(ｱ)

(ｲ)

(ｳ)

(ｴ)

(1)

負正同じ

B
Id

(2)

負正同じ

Id
B

(3)

正負同じ

dBI

(4)

負正反対

BId

(5)

正負反対

BId- 14 ■ T1－R 017

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問 12

図のように，異なる 2 種類の金属 A，B で一つの閉回路を作り，その二つの接合点を異なる温度に保てば，(ｱ)。この現象を(ｲ)効果という。

上記の記述中の空白箇所(ｱ)及び(ｲ)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。

金属 A

金属 B

(ｱ)

(ｲ)

(1)

電流が流れるホール(2)

抵抗が変化するホール(3)

金属の長さが変化する

ゼーベック

(4)

電位差が生じる

ペルチエ(5)

起電力が生じる

ゼーベック- 15 ■ T1－R 018

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問 13

図のコレクタ接地増幅回路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。

(1) 電圧増幅度は約１である。
(2) 入力インピーダンスが大きい。
(3) 出力インピーダンスが小さい。
(4) 緩衝増幅器として使用されることがある。
(5) 増幅回路内部で発生するひずみが大きい。

- 16 ■ T1－R 019

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問 14

図のように，線間電圧 200 V の対称三相交流電源から三相平衡負荷に供給する電力を二電力計法で測定する。2 台の電力計 W1 及び W2 を正しく接続したとこ
ろ，電力計 W2 の指針が逆振れを起こした。電力計 W2 の電圧端子の極性を反転して接続した後，2 台の電力計の指示値は，電力計 W1 が 490 W，電力計 W2 が 25 Wであった。このときの対称三相交流電源が三相平衡負荷に供給する電力の値[W]として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし，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。

W200 V

電力計 W1200 V

c200 Vb(2) 258

W(3) 465

電力計 W2(4) 490

三相平衡負荷対称三相交流電源(1) 25a(5) 515- 17 ■ T1－R 020

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Ｂ問題(配点は 1 問題当たり(a)5 点，(b)5 点，計 10 点)

問 15

図の平衡三相回路について，次の(a)及び(b)の問に答えよ。

acb

R[ ]
2

R[W]
R
[ ]
2

R[W]

R[W]

R
[ ]
2(a) 端子 a，c に 100 V の単相交流電源を接続したところ，回路の消費電力は 200 Wであった。抵抗 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。
(1) 0.30(2) 30(3) 33(4) 50(5) 83(b) 端子 a，b，c に線間電圧 200 V の対称三相交流電源を接続したときの全消費電力の値[kW]として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) 0.48(2) 0.80(3) 1.2(4) 1.6(5) 4.0- 18 ■ T1－R 021

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問 16

内部抵抗が 15 k の 150 V 測定端子と内部抵抗が 10 k 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。

I [A]

RV- 19 ■ T1－R 022

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11:27:33

(a) 抵抗 R の抵抗値[ ]として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

(1) 241(2) 303(3) 362(4) 486(5) 632(b) 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。

(1) 0.08(2) 0.17(3) 0.25(4) 0.36(5) 0.49- 20 ■ T1－R 023

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11:27:33

問 17 又 は 問 18 の ど ち ら か を 選 ん で 解 答 す る こ と 。
問 17 及 び 問 18 は 選 択 問 題 で あ り ，両方解答する と採点さ れま せん。

( 選 択 問 題)
問 17

図のように，極板間の厚さ d [ m]，表面積 S [ m2]の平行板コンデンサ A と Bがある。コンデンサ A の内部は，比誘電率と厚さが異なる 3 種類の誘電体で構成され，極板と各誘電体の水平方向の断面積は同一である。コンデンサ B の内部は，比誘電率と水平方向の断面積が異なる 3 種類の誘電体で構成されている。コン
デンサ A の各誘電体内部の電界の強さをそれぞれ EA1 ， EA2 ， EA3 ，コンデンサ
B の各誘電体内部の電界の強さをそれぞれ EB1 ， EB2 ， EB3 とし，端効果，初期電荷及び漏れ電流は無視できるものとする。また，真空の誘電率を 0 [ F / m]とする。
両コンデンサの上側の極板に電圧 V [V]の直流電源を接続し，下側の極板を接地した。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

Vd6EA1 , 2 0d3

EA2 , 3 0Vdd2EB1EB2EB32 0

3 06 0S6S3S
2EA3 ,6 0SコンデンサAコンデンサB- 21 ■ T1－R 024

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(a) コンデンサ A における各誘電体内部の電界の強さの大小関係とその中の最大値の組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) EA1EA2

EA3 ,

3V
5d(2) EA1

EA2

EA3 ,

3V
5d(3) EA1

EA2

EA3 ,Vd(4) EA1

EA2

EA3 ,9V
5d(5) EA1

EA2

EA3 ,

9V
5d(b) コンデンサ A 全体の蓄積エネルギーは，コンデンサ B 全体の蓄積エネルギーの何倍か，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

(1) 0.72(2) 0.83(3) 1.00(4) 1.20(5) 1.38- 22 ■ T1－R 025

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問 17 又 は 問 18 の ど ち ら か を 選 ん で 解 答 す る こ と 。
問 17 及 び 問 18 は 選 択 問 題 で あ り ，両方解答する と採点さ れま せん。

( 選 択 問 題)
問 18

振幅変調について，次の(a)及び(b)の問に答えよ。

(a) 図 1 の波形は，正弦波である信号波によって搬送波の振幅を変化させて得られた変調波を表している。
この変調波の変調度の値として，最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

振幅 3a2
aa20a2

時間a3a2
図1(1) 0.33(2) 0.5(3) 1.0(4) 2.0(5) 3.0- 23 ■ T1－R 026T1-R_2023.indd

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(b) 次の文章は，直線検波回路に関する記述である。
振幅変調した変調波の電圧を，図 2 の復調回路に入力して復調したい。コンデン
サ C [F]と抵抗 R [ ]を並列接続した合成インピーダンスの両端電圧に求められることは，信号波の成分が(ｱ)ことと，搬送波の成分が(ｲ)ことである。

そこで，合成インピーダンスの大きさは，信号波の周波数に対してほぼ抵抗 R [ ]となり，搬送波の周波数に対して十分に入力(ｳ)なくてはならない。

C[F]

R[W]

出力

図2

上記の記述中の空白箇所(ｱ)～(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。

(ｱ)

(ｲ)

(ｳ)

(1)

あるなくなる大きく(2)

あるなくなる小さく(3)

なくなる

ある

小さく

(4)

なくなる

なくなる

小さく(5)

なくなる

ある大きく- 24 ■ T1－R 027

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