「各校の入試問題から」カテゴリーアーカイブ

電気に関する問題

2020年　早稲田中学の問題です。

新品の乾電池、手回し発電機、豆電球、発光ダイオード（LED）、電流計、スイッチを用いて、図1の①～⑤の回路を作り、実験1～実験4を行いました。これについて以下の問いに答えなさい。
　ただし、用いた豆電球とLEDはすべて同じ種類であるとします。また、図2のように、LEDには長い足と短い足があることに注意しなさい。

【実験1】①、②のスイッチを入れると、②の豆電球の方が明るく光りました。このとき①、②の電流計は、それぞれ250mA、430mAを示しました。

【実験2】③の手回し発電機のハンドルを時計回りに一定の速さで回すと、豆電球は実験1の①と同じ明るさで光り、電流計は250mAを示しました。ハンドルを回す速さをゆっくりと上げると、それにともなって豆電球は明るくなり、電流計の示す値は大きくなりました。ある速さに達したところで、豆電球は実験1の②と同じ明るさになり、電流計は430mAを示しました。

【実験3】④のスイッチを入れると、LEDは光り、電流計は20mAを示しました。また、⑤の手回し発電機のハンドルを時計回りに一定の速さで回すと、⑤のLEDは④のLEDと同じ明るさで光り、電流計は20mAを示しました。この状態からハンドルを回す速さをゆっくりと下げると、それにともなってLEDは暗くなり、電流計の示す値が小さくなりました。ある速さに達したところで、LEDが光らなくなり、電流計はOmAを示しました。LEDが光らなくなった速さで③の手回し発電機のハンドルを時計回りに回すと、豆電球は実験1の①よりも明るく光り、電流計は300mAを示しました。

【実験4】⑤のLEDを逆向き（短い足を手回し発電機の＋側、長い足を電流計の＋側）につなぎ、手回し発電機のハンドルを時計回りに回しました。すると、回す速さにかかわらずLEDは光りませんでした。電流計は常に0mAを示しました。

問1　実験1と実験2からわかることは何ですか。ふさわしいものを2つ選び、記号で答えなさい。
　　　ア　豆電球は、電流の流れる向きに関係なく光る。
　　　イ　豆電球は、大きな電流が流れるとより明るく光る。
　　　ウ　豆電球は、つないだ乾電池の個数に関係なく同じ明るさで光る。
　　　エ　手回し発電機のハンドルを回す向きを変えると、流れる電流の向きも変わる。
　　　オ　手回し発電機のハンドルを速く回すほど、大きな電流を流すことができる。

問2　図3のような回路を作ったとき、光る豆電球をすべて選び、記号で答えなさい。

問3　図4のような4つの回路を作ったとき、光るLEDをすべて選び、記号で答えなさい。

問4　図5のような回路を作ったとき、光るLEDをすべて選び、記号で答えなさい。

問5　乾電池は使い続けると施寵することが知られています。図1の②と④のスイッチを同時に入れると、豆電球の方がLEDよりも早く明かりが消えました。新品の乾電池を用いて、図6のような回路を作ったとき、どのような現象が起きますか。もっともふさわしいものを選び、記号で答えなさい。ただし、乾電池の箋稀は豆電球やLEDの寿命に比べて短いものとします。

　　　ア　豆電球とLEDはいずれも光り、豆電球の明かりが先に消える。
　　　イ　豆電球とLEDはいずれも光り、LEDの明かりが先に消える。
　　　ウ　豆電球とLEDはいずれも光り、同時に消える。
　　　エ　豆電球のみ光り、しばらくたつと消える。
　　　オ　豆電球とLEDはいずれも光らない。

【解説と解答】
問1　豆電球は、大きな電流が流れるとより明るく光ります。手回し発電機のハンドルを速く回すほど、大きな電流を流すことができます。
（答え）イオ
問2　LEDは長い方がプラスであれば光りますが、逆ですと光りません。イの上の部分でショートが起こるのでイに電流は流れ図、アは短い方にプラスが繋がっているので流れません。ウの豆電球だけが光ります。
（答え）ウ
問3　実験3からLEDは乾電池２個直列でつないだ電圧でないと光りません。したがってエ。
（答え）エ
問4　乾電池２個直列の電圧がかかるのはウだけです。アは短い方がプラスにつながっています。
（答え）ウ
問5　ここで電圧は乾電池直列２個分ですが、最初はどちらもひかります。しかし、電圧が２個分ないとLEDは光らないので、先に消えます。
（答え）イ

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力のつりあいに関する問題

2020年フェリス中学の問題です。

1つの物体を、両側から反対向きに同じ大きさの力で引っ張ると、静止して動きません。
この原理を用いて、ばねの性質について考えてみましょう。ただし、ばねの重さは考えないものとします。

図1のように、5cmのばねAの上端を棒に固定し、下端に50gのおもりをつるしたところ、ばねはのびて、全体の長さが7cmになりました。

１
以下の文の（　　）にあてはまる語や数字を答えなさい。
ばねAは下端を、（ア）gぶんの力で（イ）向きに、おもりから引っ張られています。
このときばねAは静止しているので、上記の原理から、上端を、（ウ）gぶんの力で（エ）向きに、（オ）から引っ張られています。

２　図2のように、ばねAを横にして両端にひもをつけ、それぞれのひもをかっ車にかけて50gのおもりをつるしました。1と同様に考えると、ばね全体の長さは何cmになりますか。

ばねAのかわりに、性質の異なるばねBを用いて、図1と同じ実験をしました。8cmのばねBの上端を棒に固定し、下端に50gのおもりをっるしたところ、ばねはのびて、全体の長さが12cmになりました。
このばねBとばねAの両方を用いて、以下の実験をしました。

３　図3のように、ばねAの下端にばねBをつるし、ばねBの下端に50gのおもりをつるしました。このとき、以下の文の（）にあてはまる語や数字を答えなさい。

全体が静止しているので、AとBのばねを一つの物体として考えると、ばねAの上端は（カ）gぶんの力で（キ）向きに、ばねBの下端は（ク）gぶんの力で
（ケ）向きに引っ張られています。いっぽう、それぞれのばねだけで考えると、ばねAの下端は（コ）gぶんの力で（サ）向きに（シ）から引っ張られており、ばねBの上端は（ス）gぶんの力で（セ）向きに（ソ）から引っ
張られています。
4　３のとき、全体の長さは何cmになりますか。

【解説と解答】
１ばねAは下端を、50gぶんの力で下向きに、おもりから引っ張られています。このときばねAは静止しているので、上記の原理から、上端を、50gぶんの力で上向きに、棒から引っ張られています。
（答え）ア　50 イ　下　ウ　50 エ　上　オ　棒

２ 50gで引っ張られているのと同じです。
（答え）7

３全体が静止しているので、AとBのばねを一つの物体として考えると、ばねAの上端は50gぶんの力で上向きに、ばねBの下端は50gぶんの力で下向きに引っ張られています。いっぽう、それぞれのばねだけで考えると、ばねAの下端は50gぶんの力で下向きにばねBから引っ張られており、ばねBの上端は50gぶんの力で上向きにばねAから引っ張られています。
（答え）カ　50 キ　上　ク　50 ケ　下　コ　50 サ　下　シ　ばねＢス　50 　セ　上　ソ　ばねＡ

４ Aは7cm、Bは12cmですから合計19cmになります。
（答え）19