2020年度　早稲田中学過去問【理科】大問３解説

問題ＰＤＦ
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の手回し発動機のハンドルを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は光らなくなり、
電流計は０ｍＡ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いで光る。
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をすべて選びなさい。

問５
乾電池は使い続けると消耗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なさい。
ただし、乾電池の寿命は豆電球や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。

問２：ウ

アの手前にあるＬＥＤの足が逆。
実験４の通り、ＬＥＤの足が長い方をプラスにつながないと電流は流れない。
また、ＬＥＤや豆電球は抵抗で、電流は抵抗を避けられるときは避けて通るのでイも光らない。

問３：エ
実験３を理解する。
１個のＬＥＤは20ｍＡの電流量で光る。
手回し発電機で20ｍＡを流してＬＥＤを光らせた後、
回転速度を落としたらＬＥＤは光らなくなり、０ｍＡとなった。
ＬＥＤが光らなくなった回転速度で今度は１個の豆電球につなげると、
乾電池１個のときより明るくなり、電流量は300ｍＡになった！

なぜ、豆電球を明るくさせた回転速度でＬＥＤは光らなくなったのか。
それは、ＬＥＤは最低限度の電圧をかけないと光らないから。
手回し発電機は回転速度を上げるほど電圧が増す。
豆電球１個のとき（同じ抵抗）で電流量を比較すると、電池１個が250ｍＡ、電池２個が430ｍＡ。
ＬＥＤが消えた回転速度の手回し発電機は300ｍＡ。
オームの法則により、抵抗値が同じであれば電流と電圧は比例関係。
…ということは、ＬＥＤ１個を光らすには電池２個分以上の電圧が求められる。

アとイは電池１個分の電圧なので×。ウは左の電池がプライマイ逆で電流が流れない。
エは電池２個分なのでＬＥＤが光る。

問４：ウ

ア・オ・カはＬＥＤの足から判断して流れない。
この３つを除外した回路図が右になる。
並列回路では電圧が同じ。
電池２個分の電圧はウおよびイ＋エにかかる。
イ＋エはＬＥＤが直列で２個なので、１個あたりは電池１個分の電圧→光らない。
よって、光るのはウだけ。
すべてを選びなさいで正答が１つだけの設問が３連続キタ…(;`ω´)

問５：イ
電池２個で豆電球は430ｍＡ、ＬＥＤは20ｍＡと電流量が20倍以上異なり、
少ない電流量で光るＬＥＤをつないだ乾電池の方が長持ちをする。

一方で、図６は並列回路。
電池２個分の電圧が双方に等しくかかるので、はじめは豆電球とＬＥＤが光る。
電池が力尽きていくと、次第に電圧が落ちていき、
各回路にかかる電圧が同じように落ちていく。
すると、光るのに大きな電圧を要するＬＥＤが先に消えることになる。
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