2014年城北埼玉中学の問題です。
私たちの身の回りの道具の中にも 電流による発熱を利用したものがあります。ドライヤーやオーブントースターなどがその例です。これらの道具には、ニクロム線などの電流を流すと発熱する金属線を使ったものがあります。図1のようにニクロム線を使って水をあたためる実験を行ったところ、水の温度が図2のグラフのように変化しました。下の各問いに答えなさい。ただし、電源装置の電圧は一定であるとします。
問1 あたため始めてから5分後の水の温度は何℃ですか。
問2 図3のように、図1のニクロム線の半分の長さのニクロム線を使って図1と同じ量の水をあたためる実験を行ったときのグラフは、図4のアとイのどちらですか。
図1のニクロム線と同じ長さのニクロム線を図5や図6のように接続して水をあたためる実験を行いました。ビーカー1とビーカー3の水の量は図1と同じ量とし、ビーカー2とビーカー4の水の量は図1の2倍の量にしました。
問3 図4のグラフのイと同じ水の温度変化をするビーカーはどれですか。ビーカー1～ビーカー4の中から選び、1～4の番号で答えなさい。
問4 あたため始めてから5分後に水の温度が高い順にビーカー1～ビーカー4を並べるとどの順番になりますか。1～4の番号で答えなさい。
ニクロム線に電流を流すと熱だけでなく光も発生します。これを利用した照明器具に白熱電球があります。白熱電球では、フィラメントとよばれる部分に電流を流して光を発生させます。エジソンは、熱によってフィラメントが焼き切れないように、（1）を炭にしたものをフィラメントに使い、焼き切れにくく長く光らせることができる電球を開発しました。
今では電球のフィラメントに（2）をもちいた金属線を使うなど、さらに焼き切れにくい工夫がされています。また、白熱電球に変わって電球型のけい光灯や発光ダイオードを用いた（3）電球などが使われ、より熱が出にくく長持ちする照明器具が使われています。
問5 文章中の（1）にあてはまるものを答えなさい。
問6 文章中の（2）にあてはまる金属を、次の中から運び、ア～エの記号で答えなさい。
ア ニクロム イ 銅 ウ 鉄 エ タングステン
問7 文章中の（3）にあてはまるものをアルファベット3文字で答えなさい。
(解説と解答）
問1 グラフから読み取れば15℃とわかります。
（答え）15℃
問2 半分にしたとき、抵抗は半分ですから、流れる電流は2倍になります。
発熱量は電流×電流×抵抗ですから、2×2×$$\frac{1}{2}$$＝2倍ですから、アです。
（答え）
ア
問3
図5は直列ですから、抵抗が2倍になっているので、流れる電流は半分になっています。
したがってビーカー1は$$\frac{1}{2}$$×$$\frac{1}{2}$$×1＝$$\frac{1}{4}$$になります。
ビーカー２は発熱量は$$\frac{1}{4}$$で水の量は2倍ですから、温度の上がり方は$$\frac{1}{8}$$です。
図6は並列ですから、流れる電流はそれぞれのニクロム線に流れる電流は同じです。
ただ、ビーカー4は水の量が2倍になるので、イと同じになります。
（答え）4
問4
一番温度が高くなるのは、3です。電流が同じで、水の量も同じです。次は水の量が2倍になった4の$$\frac{1}{2}$$。
次が1の$$\frac{1}{4}$$、次が2の$$\frac{1}{8}$$です。
（答え）3→4→1→2
問5 エジソンのフィラメントは竹を使いました。
（答え）竹
問6 今はタングステンを使っています。
（答え）エ
問7 発光ダイオードを用いた電球はLED電流といいます。
（答え）LED
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