2014年　駒場東邦の問題です。

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電気をためることができるコンデンサーを使って、次のような実験を行いました。

（1）図1のように、電気のたまっていないコンデンサーに手回し発電機をつなぎ、ハンドルを1秒に1回ずつ50秒間回しつづけました。回しているときの手ごたえはどうなりますか。正しいものを1つ選び、ア～クの記号で答えなさい。

　ア．変わらない。
　イ．はじめは重く、しだいに軽くなる。
　ウ．はじめは軽く、しだいに重くなる。

（2）（1）の実験で、ハンドルを回し終わったあと、ハンドルから手をはなし、発電機とコンデンサーをつないだままにしておくと、どうなりますか。正しいものを1つ選び、ア～ウの記号で答えなさい。
　ア．発電機のハンドルが、手で回したときと同じ向きに回りはじめる。
　イ．発電機のハンドルが、手で回したときと反対向きに回りはじめる。
　ウ．発電機のハンドルは、回らない。

（3）（1）の実験で電気をためたコンデンサーに、図2のように豆電球と電流計をつなぎ、つないでからの時間をストップウオッチではかりながら、豆電球に流れる電流の大きさをはかりました。

つぎに、豆電球を発光ダイオードにかえて、同じ実験を行いました。つないでからの時間と、豆電球または発光ダイオードを流れる電流の大きさの関係は表1のようになりました。
表1

　（Aは電流の大きさの単位で、lmA＝0.001Aです。）

つないでからの時間と豆電球を流れる電流の大きさの関係を表すグラフを、解答用紙に書きなさい。なお、時間と発光ダイオードを流れる電流の関係を表すグラフは、解答用紙に印刷してあります。これを参考にし、実験結果を表す点をはっきり描き、それらをなめらかな曲線で結びなさい。

（4）（3）の結果から、コンデンサーにたまった電気の量が同じでも、取り出す電流の大きさがちがうと、電流が流れつづけることのできる時間がちがってくることが考えられます。この予想を確かめるため、（1)～（3）とは別のコンデンサーを使い、以下の実験を行いました。コンデンサーに電気をためるときや、コンデンサーから電気を取り出すときに、回路を流れる電流の大きさを、ずっと一定に保つ装置を作ることができます。一定の電流の大きさは、調節することができます。この装置を豆電球や発光ダイオードのかわりに使い、図3の回路アでコンデンサーに電気をため、図3の回路イで電気を取り出しました。
表2は、回路アでコンデンサーに流した電流の大きさ0電流を流した時間と、そのコンデンサーから回路イに流した電流の大きさ。電流が流れた時間を表します。たとえば実験N0．1では、回路アで1mAの電流を20秒間流し電気をためたコンデンサーから、回路イで2mAの電流を流すと10秒間流れた、ということを表します。

表2

　この結果から、コンデンサーにたまる亀気の量は、コンデンサーに出入りする電流の大きさとその電流が流れた時間によって、どのように決まると考えられますか。「電流の大きさ」「電流が流れた時間」という語を用いて答えなさい。

（5）（4）で使った電気をためていないコンデンサーに、回路アで電流を2mAに保ちながら電気をためていると、12秒たったとき、とつぜん電流が流れなくなりました。これは、コンデンサーにためることができる電気の量には限度があるからだと考えられます。では、この限度まで電気をためたコンデンサーから、回路イで電流3mAを流しつづけると、何秒間電流を流せますか。

（6）（4）で使った電気をためていないコンデンサーに、回路アではじめの1秒間は8mA、次の1.5秒間は4mA、その次の2秒間は2mAの電流を流しました。このコンデンサーから、回路イで3秒間3mAの電流を流しました。このあとさらにこのコンデンサーから5秒間電流を流すには、電流の大きさは何mAにしなくてはなりませんか。

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【解説と解答】
（1）自転車のこぎはじめといっしょで、最初は重くだんだん軽くなります。
（答え）イ

（2）コンデンサーが今度は電気を放つことになるので、電気が流れますから手回し充電気が反対方向に回転することになります。
（答え）ア

（3）これは作業ですが、なるべくなめらかな曲線で、というところがちょっと大変かもしれません。
（答え）下図

（4）表から見て、電流×時間が同じであることがわかるでしょう。
（答え）電流の大きさ×電流の流れた時間

（5）限度が2mA×12秒ですから、これを3mAで放出すれば24÷3＝8秒間流すことができます。
（答え）8

（6）ためた量が8×1＋4×1.5＋2×2＝8＋6＋4＝18です。
で、ここから3×3＝9を流したのだから残りは18－9＝9になるので、5秒間流すには9÷5＝1.8mAになります。
（答え）1.8

「映像教材、これでわかる電気」（田中貴）

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