2021年 大学入学共通テスト 物理

気なく新聞を見ていたら、ブリッジ回路が掲載されていました。

2021年大学入学共通テストの、物理の問題です。

面白そうなので、その部分だけ解いてみました。



内容は、ホイーストンブリッジ回路を使い、過渡期の電流値、定常状態の電流値、コンデンサの性質、コンデンサの電荷、フレミングの右手の法則、フレミングの左手の法則などでした。

過渡現象について知らなくても出来るよう配慮し、問題が作られているのが良いですね。

問題を解いていくと、最後はホイーストンブリッジ回路に発展させるなど、なかなか凝った問題でした。

試験問題を作った人の、愛を感じます。


回出題されたホイーストンブリッジ回路は、体重計、はかり、試験機などの計測器に利用されています。

これら計測器は、一般の人は、あまりお目にかかる事はなく、どちらかと言うと、学校や企業の実験室で見かけますね。

体重計、はかり、試験機で重さを量る際、ロードセルと呼ばれる部品が、重要な役割をしています。

ロードセルは、重さを感知すると、重さに応じて電圧を出力してくれるセンサーです。


↑ロードセル


ずみゲージは、重さを感知すると抵抗値が変わる部品です。

このひずみゲージ1本と、抵抗3本で、ホイーストンブリッジ回路を作り、ロードセルの表面に貼ります。

ロードセルに重さが加われば、ひずみゲージが変形し抵抗値が変わります。

抵抗値が変わると、ホイーストンブリッジ回路の電圧が変わります。

これで重さを、電気信号に変える事が出来ます。

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【仕様】
抵抗:349.8の+/-0.1オーム
温度補償係数以来:9、11、16、23、27
敏感なファクター:2.0-2.20
精度:0.02;限界を張り:2.0%
サイズ: 7.1 X 4.5mm/0.28 X 0.18 インチ (L*W)



↑一般的なカーボン抵抗と大きさを比べたひずみゲージ(右下茶色)


イーストンブリッジ回路から出力される電圧は小さいので、普通はアンプに入れ増幅させます。

写真のロードセルは、Amazonで購入したロードセルで、アンプが付属しています。

5kgまで測定できます。

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【仕様】
ブラケット直径:10cm(トレイ直径)
動作電圧:3.3Vから5V(推奨5V)
最大措置力:5kg
外観高さ:3.5cm(柱を含む)
ADモジュール:HX711(24ビット高精度A / Dコンバータチップhx711)
較正後の精度:1g以内
動作電流:1.5mA未満
電源を切る:1μA未満
動作温度範囲:-20度から+85度
データ出力レート:10SPSまたは80SPS
出力信号:デジタル信号
信号出力バス:通常I 0(I 2 Cと同じ通信)
接続:赤からE + 黒からE- 緑からA + 白からA-


学入学共通テストを受験されている高校生は、ホイーストンブリッジ回路は知っていると思います。

ても、ロードセルは知らないと思いますので、ぜひ触ってみる事をお勧めします。

学んだ事が、実社会で利用されている事に、感動すると思います。


私も大学で、始めて「ロードセルの中身は、ホイーストンブリッジだったんだ!」と思ったものです。

その時から、知識は道具として使う!が持論になりました。

これから受験シーズン本番ですね。

受験生、頑張れ〜


(2021年1月20日(水)作成)


 
 

 
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