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【須磨学園中学過去問解説】2021年度 理科 第1回 大問3

須磨学園中過去問 2021年度 理科 第1回 大問3

問題文をそのまま掲載すると著作権上問題となるため、学校サイトの過去問PDFを見てください。そしてまず自分で解いてみてから以下の解説を読んでください。

電気回路の問題です。少し突っ込んだ知識を問う問題も含まれていますが、計算はひねりもなく得点源になる問題となっています。受験ではあまり見ない「mAh」という単位も出てきますが、問題文でしっかり説明されているので、読みとくことができればすんなり解答できるでしょう。

問1 難易度:★★★☆☆

熱伝導率についての知識を問う問題です。答えを2つにしぼるところまではそこまで難しくないですが、自信をもって解答できた受験生は少ないと思います。

物質によって熱の伝わりやすさは異なります。下の順序は頭に入れておいた方が良いでしょう。

【熱の伝わりやすさ】 空気 < 木やプラスチック < 水 < 金属

冬にその物質を実際に手で触った時の「冷たさ」を思い出してみましょう。金属って「冷たい」イメージがありますよね。でも手に触れる物体の温度自体はそんなに変わりません。触ってより「冷たい」と感じるということは、手から熱が勢いよく奪われているということ。それは熱の伝わりやすさの影響が大きいのです。

選択肢の中で、金属は③アルミニウムと⑤ニクロムなので、まずはこの二つにしぼれます。

ニクロムはニッケルとクロムの合金です。金属の中では電流が流れにくく熱にかわってしまうので電熱線として使われます。電熱線が出てくる問題なので、問題文をしっかり読まずにこの選択肢を選んでしまった人もいるかもしれません。

アルミニウムは金属の中でもかなり熱の伝わりやすい金属で、金属鍋の素材にも使われることからその性質はうかがい知ることができます。エアコンの熱を室外機から外気に放出するときにもアルミニウムが利用されています。

⑤ニクロムは熱の伝わりやすさの根拠が無いため少し迷いますが、アルミニウムが金属の中でも熱が伝わりやすいということを知っていれば③アルミニウムを選ぶことができます。

問2 難易度:★☆☆☆☆

(a)電熱線Aに電流を流すためにはスイッチ1を入れる必要がありますね。

また、電熱線Bに電流を流さないようにするには電熱線Bを行き止まりにすればよいので、スイッチ2と3はOFFにします。

よって答えは①スイッチ1。

回路図1

(b)電熱線は電球と同じで、電熱線を直列2個、3個…と直列につなげていくと、電流は\frac{1}{2}\frac{1}{3}…と減り、電熱線1つあたりの熱は減っていきます。

並列につなぐ場合は電熱線1つに流れる電流は1つつないだ場合と変わらず、発生する熱の合計はその分増えます。ただし、たくさんつなげばつなぐほど、電池がなくなるのは早くなります。というわけで、電熱線AとBが並列になれば よいので、スイッチ1と3が入ればよいことになります。

回路図2

よって答えは④スイッチ1と3。

(c)電熱線や電球をまとめて抵抗といい、何もつないでいない導線と比べて電流が流れにくくなっています。実際には導線にも抵抗はあるのですが、とても小さいものです。

なので、回路の中に電熱線や電球、モーターなどがないルートがあると、そこに大きな電流が流れてしまい、故障の原因となります。

図のようにスイッチをすべて入れると、電熱線を通らない回路できてしまいますね。

ショート

このようなルートのことを日本語で「短絡」、英語では「short circuit」ということから、「ショート」ともいいます。

問3 難易度:★★☆☆☆

「ふつうの受験生が知らない知識だけど問題文を読めばわかる」というタイプの問題ですね。「容量:9000mA」とは、「9000mAの電流を1時間流せる」「例えば1000mAの電流だったら9時間流し続けることができる」と書いてありますので、9000mAを電流の大きさで割れば流せる時間が計算できることが分かります。よって、

9000 ÷ 500=18(時間)

問4 難易度:★★☆☆☆

(a)カイロのバッテリーから出る電流は2000mAですが、無駄が生じて40%減少するということなので、制携帯に流れ込む電流は、

2000× \frac{100ー40}{100}=1200(mA)

よって、要領3600mAhの制携帯バッテリーをゼロから完全に充電するための時間は、

3600÷1200=3(時間)

(b)カイロのバッテリーからは、無駄になったぶんも減っているので、減少した容量は2000×3=6000(mAh)。よって残っているのは、

9000ー6000=3000(mAh)

 

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