2019年度　西大和学園中学過去問【理科】大問４解説

問題ＰＤＦ
〔Ⅰ〕
下図の手回し発電機、部品Ｘ、他の部品を用いて次の【実験１】～【実験４】を行いました。
部品Ｘは電気をためることができます。

【実験１】
手回し発電機に部品Ｘをつなぎ、ハンドルを回した後、ハンドルから手を離しました。

【実験２】
手回し発電機で部品Ｘに電気をためた後、すぐに発電機から外し、豆電球につなぎ、豆電球が点灯する時間をはかりました。ハンドルを回す回数を変えて実験を行うと、結果は下の表の通りになりました。ただし、ハンドルを回す速さは一定でした。

【実験３】
手回し発電機で部品Ｘに電気をためた後、すぐに発電機から外し、電子ブザーにつなぎ、電子ブザーが鳴る時間をはかりました。同じように、発光ダイオード（ＬＥＤ）、モーターにつなぎ、実験を行いました。結果は下の表の通りになりました。ハンドルを回す回数は20回とし、その速さは【実験２】と同じでした。

【実験４】
手回し発電機のリード線に、次に①～⑥の通りにつなげて同じ速さで10回ハンドルを回しました。
①リード線に豆電球のみをつなげた。
②リード線に電子ブザーのみをつなげた。
③リード線にＬＥＤのみをつなげた。
④リード線にモーターのみをつなげた。
⑤リード線にガラス棒のみをつなげた。
⑥リード線になにもつなげず、リード線どうしを直接つなげた。

（１）
部品Ｘの名前を答えなさい。

（２）
【実験１】で、手を離すとどのようなことが起こりますか。10字程度で答えなさい。

（３）
【実験２】と【実験３】の結果からわかることとして適当なものを選びなさい。
ア：発電機のハンドルを回した時間と、モーターが回転した時間は等しい。
イ：同じ時間の間に、最も電気を消費する部品は豆電球である。
ウ：発電機のハンドルを回せば回すほど、部品Ｘには多くの電気がたまる。
エ：ＬＥＤは豆電球よりも故障しにくい。
オ：電子ブザーは豆電球よりも電気を消費しない。

（４）
【実験３】と同じ量の電気をためた部品Ｘに、豆電球とＬＥＤを並列につなぐとどうなりますか。
適当なものを２つ選びなさい。
ア：豆電球が消えた後、しばらくしてからＬＥＤが消える。
イ：ＬＥＤが消えた後、しばらくしてから豆電球が消える。
ウ：豆電球とＬＥＤが同時に消える。
エ：豆電球が点灯する時間は51秒より長くなる。
オ：豆電球が点灯する時間は51秒より短くなる。
カ：豆電球が点灯する時間は51秒である。

（５）
【実験４】の①～⑥を、ハンドルを回す重さが重い順に並びかえなさい。

〔Ⅱ〕
豆電球やＬＥＤが点灯するのは、発電した電気や、ためた電気が流れるためです。電気は金属の中の小さな粒子が持っており、粒子が動くことで電気が流れます。いま、図１のように、小さな粒子を玉に、電気が流れる金属を玉がつまったチューブに置きかえます。チューブに水を流すと、水とともに玉が流れ、電気が流れるということです。この流れを電流とよび、その大きさをＡやｍＡという単位を用いて表します。
いま、図１のチューブの断面は一辺が10ｃｍの正方形で、チューブの中は１ｍ³あたり10万個の玉が均等につまっているとします。

（６）
電流の大きさについて述べた次の文章中〔　ⅰ　〕～〔　ⅲ　〕の中に適切な数値を入れなさい。

チューブ内の水が流速５ｃｍで一定のとき、チューブの断面積は0.01ｍ²なので、図１の断面Ｓを１秒間に通過する水量は〔　ⅰ　〕ｍ³、断面Ｓを１秒間に通過する玉の数は〔　ⅱ　〕個といえます。電流の大きさは、１秒間に断面を通過する粒子の数に比例して大きくなるように決められています。例えば、玉が１個通過すると１ｍＡの電流が流れるとします。このとき、１秒間に断面Ｓを〔　ⅱ　〕個の玉が通過すれば、〔　ⅲ　〕Ａの電流が流れます。以上より、粒子を流そうとする勢い、粒子の密度の違い、金属の断面積などにより、電流の大きさは変わります。

（７）
電気を持つ小さい粒子は、金属の中で増えたり減ったりしません。金属線のみで作られた次の図２～４の回路で、ａ～ｅを流れる電流の大きさは何ｍＡか、それぞれ求めなさい。また、電流の流れる向きを〔あ〕または〔い〕で答えなさい。ただし、電流が流れないときは、大きさも向きも×と答えなさい。

（２）ハンドルが回る。
コンデンサーに蓄えられた電気が手回し発電機に放電され（電流が逆に流れ）、
手でハンドルを回した方向と同じ方向で回り、電気エネルギーがなくなると止まる。

（３）オ

ア：ハンドルは回した時間ではなく回数で測っている。×
イ：ハンドル20回ではモーターが最も動く時間が短いので、それだけ消費電力が大きい。×
ウ：ハンドルを回せば多くの電気がたまるが、豆電球の点灯時間は72秒で頭打ちなので、
　　蓄電には限界があるということ。×
エ：故障のしにくさはわからない。×
　　あくまで実験結果からわかることだけが正解。
オ：電子ブザーの方が豆電球と比べて長い時間作動するので、電気を消費しない。○

（４）ウ・オ
豆電球とＬＥＤを並列につなぐ。
選択肢の構造からア～ウ、エ～カからそれぞれ１つずつ選ぶ。
ウ：ちょっと自信ない（＾＾;
　抵抗値が異なり、これに応じた電流量がそれぞれに流れるが、
　電流量の減少度合いは同じなので、消えるタイミングも同じになる…のだと思う（汗）。
　説明が誤っていた場合は、お問い合わせよりお知らせください（＾＾;
オ：同じ電流量で２つを点灯させるので、当然、豆電球単体と比べると点灯時間は短くなる。

（５）⑥→④→①→②→③→⑤
手回し発電機のハンドルの手ごたえは、流すべき電流量が大きくなるほど重くなる。
④モーター→①豆電球→②電子ブザー→③ＬＥＤ
⑤ガラス棒は絶縁体なので抵抗値が大きく、電気が流れない。電流量は０でハンドルは最も軽い。
一方、⑥リード線同士をつなげたとき、抵抗値はほぼ０で電流量が大きくなるので、
ハンドルが最も重くなる。

（６）ⅰ：0.0005　ⅱ、50　ⅲ：0.05
中学生で電流の正体は自由電子の流れと習うが、その概念図が計算問題で出題された(´ㅂ`;)
チューブの断面積は、10ｃｍ×10ｃｍ＝100ｃｍ²＝0.01ｍ²
ここに水が毎秒５ｃｍで流れるから、
１秒に通過する水量は、0.01ｍ²×0.05ｍ＝0.0005ｍ³

１ｍ³あたり10万個の玉が均等につまっているので、0.0005ｍ³の水量に含まれる玉の数は、
10万×0.0005ｍ³/１ｍ³＝50個

玉１個が１ｍＡだから、50ｍＡ＝0.05Ａ
落ち着いて対処すれば、そう難しくはない。
*チューブが太いほど、玉はよく流れる。
＝抵抗が太いほど、電流はより大きく流れる。

（７）ａ：10ｍＡ（い）
電流量は増減しない。
回路の分岐点において、流れ込む電流量の和と出て行く電流量の和は等しい。

交点の●に20入り、30出て行くので、10入るようすれば帳尻が合う。

ｂ：60ｍＡ（あ）　ｃ：40ｍＡ（い）

ｃから考える。
中の四角形に20入り、60出て行くので、ｃから40入る。

点Ａはｃから40入り、50出ていくので、Ｂから10入る。
Ｂは60出ていくので、ｂから60入る。

全部やるとこんな感じに。

ｄ：×、×　ｅ：20ｍＡ（あ）

最後に三角錐（立体）の回路。これも外側から攻める。
120入り、100出ていくので、ｅから20出ていく。

ｄ以外を計算すると、すべて帳尻が合ってしまう・・。
つまり、ｄは電流が流れない。
電気回路の任意の点において、流れ込む電流量の和と出て行く電流量の和が等しい法則を、
キルヒホッフの第一法則といいます。
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