問題ＰＤＦ
電池と豆電球と電流計を用いて実験を行いました。
ただし、実験に使用した電池と豆電球はすべて同じものとします。
実験１
電池、豆電球、電流計を図１のように接続したところ、豆電球は光、電流計の値は60ｍＡであった。また、豆電球を取り外したら、電流計の値は０ｍＡであった。
実験２
実験１の回路で、豆電球を１個ずつ増やして直列に接続し、電流計の値を読みとった。
実験３
実験１の回路で、豆電球を１個ずつ増やして並列に接続し、電流計の値を読みとった。
実験４
図２のような正四面体の各辺に豆電球Ａ～Ｆが取り付けられている回路がある。
この回路を用いて実験を行った。
（１）
実験２、実験３のように豆電球を直列、並列に接続したとき、電流計の値を表すグラフを、次の中から選びなさい。ただし、同じ記号を複数回使用してもかまいません。
縦軸：電流〔ｍＡ〕 横軸：豆電球の個数〔個〕
（２）
実験４において、Ｆ以外の豆電球を１つ取り外すと、豆電球は２種類の明るさで光りました。
①取り外した豆電球を記号で答えなさい。
②もっとも明るい豆電球を記号で答えなさい。
（３）
実験４において、豆電球を２つ取り外しました。
①電流計の値が60ｍＡになる組み合わせが３つあります。
その組み合わせを次の中からすべて選びなさい。
ア：Ａ、Ｂ イ：Ａ、Ｃ ウ：Ａ、Ｄ エ：Ａ、Ｅ オ：Ａ、Ｆ
カ：Ｂ、Ｃ キ：Ｂ、Ｄ ク：Ｂ、Ｅ ケ：Ｂ、Ｆ コ：Ｃ、Ｄ
サ：Ｃ、Ｅ シ：Ｃ、Ｆ ス：Ｄ、Ｅ セ：Ｄ、Ｆ ソ：Ｅ、Ｆ
②豆電球は３種類の明るさで光りました。このときの電流計の値を求めなさい。
（４）
実験４において、豆電球を３つ取り外しました。
①もっとも電池が長持ちする組み合わせを選びなさい。
ア：Ａ、Ｂ、Ｃ イ：Ｄ、Ｅ、Ｆ ウ：Ａ、Ｃ、Ｅ エ：Ｂ、Ｄ、Ｆ
②①のときの電流計の値を求めなさい。
＠解説＠
（１）①直列ーエ、並列－ア
豆電球を直列につなぐと、抵抗を増やしていくので電流量は減っていく。
電流の減少度合いはオームの法則を思い浮かべよう。
電流（Ｉ）＝電圧（Ｅ）÷抵抗（Ｒ）
電流と抵抗は反比例の関係で、豆電球を２個、３個・・と増やしていくと、
電流量は１/２倍、１/３倍・・と反比例で減っていく→エ
一方、豆電球を並列につなぐと、抵抗が減っていくので電流量は増えていく。
並列の場合、合成抵抗の和は逆数の和になる。
豆電球を２個、３個・・と増やしていくと、電流量は２倍、３倍・・と比例で増えていく→ア
（２）①Ｃ ②Ｆ
『正四面体の回路』とあるように、回路図の交点が●だとつながっているが、
●がないところはつながっていない。
ここからＦ以外の豆電球を取り外して、明るさを２種類にする。
並列つなぎで、Ｆは最初の分岐点から１つしかないので最も明るい。（②Ｆ）
残る５つのうち、１つを取り除いて４つを同じ明るさにする。
Ｃを取り除く。（①Ｃ）
（３）①ウ・ク・シ ②36ｍＡ
今度は２つ取り外す。
①60ｍＡということは、豆電球１個と同じ消費電力にする。
選択肢12個からすべてを選ぶので、形式面での難易度が高め:( ´ω` ):
Ｆしか残さないパターン。
残りの５つを全て消すには、ウ（Ａ・Ｄ）、ク（Ｂ・Ｅ）を取り除く。
さらにシ（Ｃ・Ｆ）を取り外しても、電流量は豆電球１個と消費電力が同じになる。
２列の並列はまず１列で考え、直列に２個だと明るさは１/２ずつになる。
電流量は１/２で、他方の列にも１/２の電流が流れるから、合流地点の電流量は１になる。
（４）①エ ②20ｍＡ
もっとも電池が長持ちするように３つを取り外す。
並列につなげると明るさは保たれるが、消費電力は大きくなる。
一方、直列につなげると明るさは暗くなるが、消費電力は（１）の通り、小さくなる。
つまり、豆電球を直列に長くすればいい。
エ（Ｂ・Ｄ・Ｆ）を外すと、Ｅ・Ｃ・Ａが３つ直列に並ぶ。
豆電球が直列に３つ並ぶので、消費電力は１/３倍→20ｍＡ
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