電磁気の実戦力を支える「直流回路」。オームの法則だけでは太刀打ちできない,ブリッジ回路・非オーム抵抗・過渡現象まで,入試で問われる回路の考え方を一気に整理します。
このページは,当サイトの直流回路シリーズを学習順に整理したまとめページです。8記事+要点整理で,直流回路を体系的にマスターできます。
直流回路マスターへの4ステップ
Step1 電流と回路の基本をつかむ
電流の定義から回路のエネルギー保存則まで。回路を流れるエネルギーの収支をここで理解します。
Step2 測定器とブリッジ回路を扱う
電流計・電圧計のつなぎ方と内部抵抗,そしてホイートストンブリッジ。実験がらみの頻出テーマです。
Step3 非オーム抵抗を攻略する
電球など,オームの法則に従わない抵抗の扱い方。特性曲線とグラフの交点で解く定石を身につけます。
Step4 過渡現象と総まとめ
コンデンサーを含む回路の時間変化(過渡現象)と,直流回路全体の解法の総整理です。
直流回路の要点まとめ
回路を解く基本方針
- 電流やコンデンサーの電荷など,必要なものに文字を割り当てる。
- 電荷保存則やキルヒホッフの第二法則を立式する。
- 連立して解く。必要に応じて,エネルギー保存則を立式する。
頻出テーマの定石
| テーマ | 定石 |
|---|---|
| ブリッジ回路 | 平衡条件(検流計に電流が流れない)=向かい合う抵抗の積が等しい。 |
| 非オーム抵抗 | 特性曲線と回路の条件式(キルヒホッフの第二法則から導いた式)の交点を読む。 |
| コンデンサーを含む回路 | 十分時間が経てばコンデンサーへの電流は $0$。その瞬間の電荷に応じた電位差で扱う。 |
よくあるつまずきポイント
電流計・電圧計のつなぎ方と内部抵抗は?
電流計は測りたい場所に直列(内部抵抗は小さいほどよい),電圧計は並列(内部抵抗は大きいほどよい)です。理想的でない場合の誤差を問う問題も頻出です。
キルヒホッフの第二法則で符号がぐちゃぐちゃに。
一周する向きを最初に決めて,電池は起電力の向き,抵抗は電流の向きと比べて符号を機械的に付けるのが対策です。「電位の山と谷を一周でたどる」イメージを持ちましょう。
定常状態のコンデンサーはどう扱う?
電流が流れ込まなくなります($I=0$)。コンデンサーの電圧は,並列にある部分の電位差と等しくなります。
さらに演習を積みたい人へ
直流回路は,東大をはじめとする難関大入試の頻出テーマです。基本をマスターしたら,過去問ベースの問題集で仕上げの演習を積みましょう。
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