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電気に関する問題

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2018年 女子学院の問題です。


電池、豆電球、検流計を導線でつないだ回路を作る。使用する電池、豆電球はすべて同じもので、、検流計の針は電流が流れた向きに振れる。
   図1のように回路を作り、豆電球の明るさを比べたところ、AはBより明るく、BとCは同じ明るさ、AとDとEは同じ明るさであった。

1 次の1~5の回路を考えた。

 (1)1の回路の回路図を電気用図記号を使ってかきなさい。導線は点線をなぞってかくこと。
 (2)検流計あ、検流計いの針はそれぞれ左右どちらに振れますか。針が振れない場合は×と書くこと。
 (3)1~5には作ってはいけない回路が含まれている。その回路を1~5から選びなさい。
 (4)ア~クの豆電球を、明るい順に並べなさい。同じあかるさのものは(  )でくくりなさい。
  ただし(3)で選んだ回路の豆電球はのぞくこと。例)ア(イウ)エ

2 電池、豆電球、検流計、スイッチを使って、図2のような回路を作った。

 スイッチ1、2は「切りかえスイッチ」で、ア、イどちらかに必ず接続され、スイッチ3、4は、接続しないときをア、接続するときをイとする。
(1)検流計の針の振れを最も大きくするには、スイッチ1~4の接続はそれぞれア、イのどちらにすればよいですか。ただし、どちらにしても同じ場合はウとしなさい。
(2)(1)のとき、検流計の針は左右どちらに振れますか。
(3)検流計の針の振れを最も小さくするには、スイッチ1~4の接続はそれぞれア、イのどちらにすればよいですか。ただし、どちらにしても同じ場合はウとしなさい。
(4)(3)のとき、検流計の針は左右どちらに振れますか。ただし、針が振れない場合は。×と書くこと。 

3 階段の照明の点灯・消灯を1階のスイッチS1、2階のスイッチS2のどちらでもできるようにしたい。そのためには、図3の点線内をどのようにすればいいか。次のア~カから選びなさい。

【解説と解答】
 1
(1)

(2)検流計は左から右に電気が流れれば右、右から左に電気が流れれば左に振れます。
(答え)あ 右  い 左 
(3)2はショートし、5は真ん中の電池の向きが逆。
(答え)2,5
(4)豆電球1個に電池1個をつなげた明るさがオとカ。アは2倍。ウエは0.5倍。
(答え)ア(オカ)(ウエ)
 2
(1) 大きくするので電池は直列に。電球は左の1個だけ光れば良いことになります。
(答え) 1 イ  2 イ  3 ウ  4 イ 
(2)電気は右から左に流れます。
(答え)左
(3)一番小さくするには電池は並列に。抵抗が最大になるようにすればいいので、3個直列に並べます。
(答え)1 ア  2 ア  3 ア  4 ウ 
(4)電気は左から右に流れます。
(答え)右
 3 イとオは同じです。ついている状態で、どちらからでも消せ、消えている状態でどちらからでもつけることができるように考えてください。
(答え)イ,オ

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電気に関する問題


gakkoubetsu


2017年東邦大東邦の問題です。

次の文章を読み,あとの(1)~(3)の問いに答えなさい。

ユリ子さんと邦夫くんが,建物の中の明かりのことについて,ユリ子さんの家で会話をしています。

ユリ子さん 「リビングの天井にある照明器具の明かりがついている状態と消えている状態は,1つのスイッチで切りかえることができるの。スイッチを入れると,( ア )がつながって照明器具に電気が通るようになるの。」

邦夫くん 「ユリ子さんの家の広いリビングの天井には,照明器具が4か所にあるね。そのスイッチを切りかえるだけで,照明器具の明かりが全てついている状態と,全て消えている状態とに切りかえることができるよね。これら4つの照明器具は直列つなぎなのかな。それとも並列つなぎなのかな。」

ユリ子さん 「それはね,まずスイッチを切った状態で,照明器具の中のいくつかを取り外すの。それからスイッチを入れてみて,明かりの様子を見ればどちらかわかるの。

邦夫くん 「ああそうか。そうだね。スイッチといえば,ユリ子さんの家は2階建てだけれども,1階と2階の両方に階段にある照明器具の明かりをつけるためのスイッチがあるよね。」

ユリ子さん 「豆電球やスイッチなどを使って,階段の照明器具と同じつなぎ方をしたものをつくると,図のようになるの。ここで,スイッチXを切り加えると,点Aと点Bの間をつないでいた状態が,点Aと点Cの間をつなぐ状態になるの。その状態でもう一度スイッチXを切り加えると,また点Aと点Bの問をつなぐ状態になるの。同じようにスイッチYは,点Dと点Eの間をつなぐ状態と、点Dと点Fの間をつなぐ状態を切り加えるようになっているの。」

邦夫くん「なるほど。はじめに明かりがついていても消えていても( イ )になっているのか。」

ユリ子さん 「そうなの。建物の中の明かりについて考えるとおもしろいでしよ。」

20170916t001

(1)文章中の( ア )には電気の通り道を表す語句が入ります。この語句を漢字二字で答えなさい。

(2)文章中の下線部について,天井の4つの照明器具が直列つなぎか,並列つなぎかの判断の仕方としてもっとも適切なものを,次の1~5から一つ選び,番号で答えなさい。
1 照明器具を1つ取り外してスイッチを入れたときに他の照明器具の明かりが全てついたなら,4つの照明器具は直列つなぎ
2 照明器具を1つ取り外してスイッチを入れたときに,他の照明器具の明かりのどれか1つでもついたなら,4つの照明器具は直列つなぎ
3 照明器具をlつ取り外してスイッチを入れたときに他の照明器具の明かりが全てついたなら,4つの照明器具は並列つなぎ
4 照明器具を1つ取り外してスイッチを入れても,他の照明器具の明かりが全て消えたままなら,4つの照明器具は並列つなぎ
5 照明器具を3つ取り外してスイッチを入れたときに,残った1つの照明器具の明かりがついたなら,4つの照明器具は直列つなぎ

(3)文章中の( イ )にあてはまる言葉としてもっとも適切なものを,次の1~5から一つ選び、番号で答えなさい。

1 両方のスイッチを1回ずつ切りかえた後は,明かりがついた状態になる
2 どちらか片方のスイッチを2回切りかえた後は,明かりがついた状態になる
3 どちらか片方のスイッチを1回切りかえた後は,明かりがついた状態になる
4 どちらか片方のスイッチをI回切りかえた後は,明かりが消えた状態になる
5 どちらか片方のスイッチを1回切りかえれば,明かりがついた状態と消えた状態を切りかえられる

【解説と解答】
(1)
(答え)回路
(2)
基本的に家庭の中はすべて並列回路になっていて、ひとつのスイッチを切っても他の電気製品が使えなくならないようになっています。
したがって、ひとつ切って、他の照明器具が全部ついていたら、並列回路であることがわかります。
(答え)3
(3)
切れていても、ついていても、1階でも2階でもスイッチを切り替えられます。
(答え)5


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電気に関する問題

電圧および豆電球に関する説明を読み、後の問に答えなさい。

 電圧とは
 乾電池などが電流を流すはたらきの大きさを電圧といいます。乾電池1個の電圧は1.5V(ボルト)で、これを2個直列につないだときの電圧は3V、3個つないだときの電圧は4.5Vと、電池の数に比例して大きくなります(図1a~c)。豆電球を光らせるとき、直列につなぐ乾電池の数が多いほど明るくなるのは、豆電球にかかる電圧が大きくなるためです。

20170618t001

 乾電池2個を直列につなぎ、ここに同じ豆電球2個を直列にしてつなぐ(図2a)と、1個の豆電球の明るさは、図laの場合と同じになります。これは、豆電球1個あたりにかかる電圧がどちらも1.5Vになるためです。これに対して、乾電池2個を直列につなぎ、ここに同じ豆電球2個を並列につなぐ(図2b)と、図1bの場合と同じ明るさになります。これは豆電球1個あたりにかかる電圧が、どちらも3Vになるためです。
 なお、後の実験では乾電池を使わず、電源装置を使います。電源装置には、乾電池のように電流を流すはたらきがありますが、乾電池と違い、つまみを回すことによって、電圧の値を1.1V、3.7Vなど、自由に決めることができます。

20170618t002

 豆電球について
 豆電球の光る部分をフィラメントといいます(図3)。豆電球にかかる電圧が小さいときには、フィラメントに流れる電流が小さく、フィラメントの温度が低いため光りません。豆電球にかかる電圧を大きくしていくと、フィラメントの温度が上がって、光るようになります。しかし、豆電球にかかる電圧が大きくなりすぎると、フィラメントの温度が上がりすぎ、とけてしまうので、電流が流れなくなってしまいます。豆電球が「切れてしまう」わけです。

20170618t003

 さて、豆電球にはいろいろな種類のものがあります。ここでは次のような2種類の豆電球(豆電球①、豆電球②とします)を使った実験について考えます。
豆電球①:電圧が2V以上で光り、10Vをこえると、切れてしまいます。
豆電球②:電圧が1V以上で光り、5Vをこえると切れてしまいます。

 それぞれの豆電球について、かけた電圧と流れる電流の大きさの関係をグラフにすると、図4のようになります。
 豆電球①と豆電球②をそれぞれ数個ずつ、および電源装置1台を用意して、いくつかの実験を行いました。これらに関する以下の各問に答えなさい。

20170618t004

(1)「豆電球①を2個直列にして電源装置につなぎました。
20170618t005

(あ)これらの豆電球が光るのは、電源装置の電圧が何V以上のときですか。
(い)これらの豆電球が切れずに最も明るく光るのは、電源装置の電圧が何Vのときですか。

(2)豆電球①と豆電球②を並列につないで、豆電球①に流れる電流が0.4Aになるようにしました。このとき、豆電球②に流れる電流は何Aですか。

20170618t006

(3)豆電球①と豆電球②を並列につないで、2つの豆電球に流れる電流の合計が0.8Aになるようにしました。このとき、電源装置の電圧は何Vですか。
20170618t007

(4)豆電球①と豆電球②を直列にして、電源装置につなぎました。

20170618t008

 (あ)各豆電球に流れる電流が0.5Aのとき、電源装置の電圧は何Vですか。
 (い)電源装置の電圧が6Vのとき、各豆電球に流れる電流は何Aですか。

(5)豆電球①を2個と、豆電球②を3個、図のように電源装置につなぎました。

20170618t010

 (あ)電源装置の電圧を0Vから次第に大きくしていったところ、ある値になったとき、一方の豆電球が光り、他方の豆電球が光りませんでした。このとき、光ったのはどちらの豆電球ですか。①または②で答えなさい。また、このときの電圧は何Vですか。
(い)電源装匿の電圧をさらに大きくしていくと、ある値になったとき、もう一方の豆電球も光りました。この値は何Vですか。
(う)電源装置の電圧をさらに大きくしていくと、ある値をこえたとき、一方の豆電球が切れてしまいました。このとき、切れたのはどちらの豆電球ですか。①または②で答えなさい。また、この値は何Vですか。

【解説と解答】
(1)
2Vが2つですので4Vになります。また最大も10Vの2倍で20Vになります。
(答え)(あ) 4 (い) 20
(2) 豆電球①が0.4Aになるのはグラフから5Vです。5Vの電圧をかけると豆電球②には1Aの電流が流れます。
(答え)1
(3) グラフで見ると、2Vのとき、①が0.2A、②が0.6Aになっています。
(答え)2
(4)グラフで見ると、0.5Aのとき、①は10V、②は1.5Vになります。同じ電流で2つの電圧の和が6Vになるところをグラフから探します。
①に5V、②に1Vかけるとちょうど0.4Aになるのです。
(答え)(あ) 11.5 (い) 0.4

(5)(あ)②の方は1Vで光り、3つ直列ですから3Vの電圧がかかれば全部光ります。このとき①にも3Vかかりますが、①は2×2=4Vの電圧がないと光らないので、答えは②で3Vです。
(い)は4V
(う)切れたのは②で5×3=15Vで切れてしまいます。
(答え)(あ) 豆電球② 電圧3 (い) 4 (う) 豆電球② 電圧15


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