2016年女子学院の問題です。
同じ材質、太さで、長さが2.5cm、5cm、7.5cmの3つの電熱線ア、イ、ウがある。
これらに、図1のように電源装置と電流計をつなぎ、電源装置の電圧を1.5V、3V、4.5Vにしたときの電流の強さを調べた。その結果をまとめたものが表1である。
次に、図2のように発ぽうポリスチレンの容器に水を入れ、図1の回路の電熱線の部分を水の中に入れた。5分間電流を流し、よくかき混ぜた後、水の温度変化を調べた。
水はどの実験でも同じ量にしている。
電源装置の電圧を3Vにして、電熱線ア、イ、ウでそれぞれ実験を行った結果が表2である。
電熱線ウで、電源装置の電圧を1.5V、3V、4.5Vにして実験を行った結果が表3である。
1 電熱線の長さを変えずに、電施装置の電圧を2倍にすると、回路を流れる電流の強さは何倍になりますか。
2 電源装置の電圧が同じとき、電熱線の長さを2倍にすると、回路を流れる電流の強さは何倍になりますか。
3 電源装置の電圧が同じとき、電熱線の長さを2倍にすると、上昇した水の温度は何倍になりますか。
4 電熱線の長さを変えずに、電源装置の電圧を2倍にすると、上昇した水の温度は何倍になりますか。
5 図2の装置を用いて①～③の条件で実験を行うと、水の温度は何℃上昇すると考えられますか。
① 電熱線イで、電源装置の電圧が1.5V
② 電熱線アで、電源装置の電圧が4.5V
③ 長さ10cmの電熱線で、電源装置の電圧が6V
6 電熱線は「電気を熱に変換する道具」であるといえる。
（1）マイクは、何を何に変換する道具ですか。
（2）①～⑤の道具はどのような道具か、下のア～ウからそれぞれ選びなさい。あてはまるものがないときはXを書きなさい。
①洗濯機 ②手回し発電機 ③懐中電灯 ④ コンデンサー ⑤ ラジオ
ア 電気を光に変換する道具 イ 電気を音に変換する道具 ウ 電気を運動に変換する道具
【解説と解答】
同じ太さ、材質で長さが違います。それぞれの電熱線の抵抗は長さに比例するので、アの抵抗を１とすると、イは２、ウは３になるので、それぞれの電圧でア、イ、ウの流れる電流の比は$$\frac{1}{1}$$：$$\frac{1}{2}$$：$$\frac{1}{3}$$＝６：３：２になっています。
また電圧が2倍になれば電流も2倍になっています。
１ 電圧が2倍になれば電流も2倍です。
（答え）2倍
２ 電熱線の長さが2倍になれば抵抗が2倍になるので、流れる電流は$$\frac{1}{2}$$になります。
（答え）$$\frac{1}{2}$$倍
３ 発熱量は電流×電流×抵抗になるので、電圧が同じで、長さが2倍になれば抵抗は2倍になるから、電流は$$\frac{1}{2}$$。
$$\frac{1}{2}$$×$$\frac{1}{2}$$×2＝$$\frac{1}{2}$$倍になります。
（答え）$$\frac{1}{2}$$倍
４ 電圧が2倍になれば、電流が2倍になるので、抵抗が変わらないから発熱量は2×2＝4倍になります。
（答え）4倍
５
①電熱線ウで1.5Vが0.5℃、電熱線イは1.5倍になるので0.75℃
②電熱線ウで4.5Vが4.5℃ 電熱線アは3倍になるので13.5℃
③長さ10cmはイの2倍。
3Vでイが3℃だから6Vだと4倍になるので12℃ しかし、長さ10cmと抵抗が2倍になるので、電流が半分になるから6℃
（答え）①0.75℃ ②13.5℃ ③6℃
６
（答え）① ウ ② × ③ ア ④ イ ⑤ イ
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