中2理科|電流とその利用|テスト対策問題

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中2理科|電流とその利用|テスト対策問題です。

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【問題】電流とその利用のテスト対策問題

・電流・電圧・抵抗の計算問題に挑戦します。計算の基本となるオームの法則を使った計算になります。ここは非常に重要な内容ですので、じっくりと解けるまで頑張りましょう。
・静電気に関する問題演習を行います。実験に登場する物質が、プラスとマイナスのどちらの電気を帯びているのか推測する問題が登場します。
・真空放電やクルックス管を使った実験の練習問題を行います。どれがー極、+極なのか。陰極線の正体は何なのか答えられるようになりましょう。
・磁界の中に電流を流す問題を演習します。ここは出題パターンをマスターすることですんなりと解けるようになります。

【問1】電流と電圧の問題

下の図1のように、電流計と電圧計を使って豆電球に流れる電流とかかる電圧を調べた。図2は、そのときの電圧計のようすを表したもので、図3は、電流計のようすを表したものである。このとき、電圧計の-端子は3Vに接続し、電流計の-端子は500mAに接続した。これについて、次の各問いに答えよ。

電流と電圧

(1)図1で、豆電球に流れる電流と、豆電球にかかる電圧を測定するには、電流計と電圧計のそれぞれ端子をどのようにつなげばよいか。図1中に記入せよ。

(2)電流計を回路に接続する場合、回路にどれくらいの電流が流れているかわからなときは、はじめにどの-端子を使うか。また、その理由を答えよ。

(3)回路に電圧計を接続したとき、電圧計の針が図2のようになった。このとき豆電球にかかっている電圧は何Vか。

(4)回路に電流計を接続したとき、電流計の針が図3のようになった。このとき豆電球に流れている電流は何mAか。また、それは何Aか。

(5)豆電球に流れる電流と電圧を測定したが、電流とは豆電球に流れる電気の流れである。では、電圧とは何か。簡潔に説明せよ。

【問2】オームの法則の計算・グラフの問題

オームの法則右図のような回路を組んで、電熱線aと電熱線bに電圧をかけ、流れる電流の大きさを測定した。その結果が下のグラフである。これについて、次の各問いに答えよ。

(1)電熱線aとbはどちらの方が電流が流れやすいか。

(2)電熱線aに12Vの電圧をかけると、何Aの電流が流れるか。

(3)電熱線aの抵抗の大きさは、電熱線bの抵抗の大きさの何倍か。

(4)電熱線に流れる電流は、電熱線にかかる電圧に比例することがグラフよりわかる。これを何というか。

【問3】直流と交流の問題

下の図のように、直流電源装置と、スイッチ、発光ダイオードを使って回路を組み立てた。これについて、次の各問いに答えよ。

直流電流と交流電流

(1)図の装置で、発光ダイオードが光るのは、AとBのどちらか。記号で答えよ。

(2)図の装置に使われているのは直流電源装置である。直流電流とはどのような電流か。「向き」と「大きさ」という語句を使って簡潔に説明せよ。

(3)次に、電源装置を外し、かわりに手回し発電機を接続し、発電機のハンドルを回した。このとき、発光ダイオードAとBはどのように光るか。簡潔に説明せよ。

(4)この実験から、電流には2通りの電流があることがわかる。直流電源装置のような直流電流と、手回し発電機のような交流電流を表したものとして正しいものを、それぞれ、下のア~イから選び、記号を答えよ。

直流と交流

【問4】静電気の問題

静電気問題発泡スチロールでできた球a、bを、それぞれ異なる材質の布でこすって右図のように棒にひもでつるしたところ、球aと球bが引き合った。次に、別の布でこすった発泡スチロールでできた球cを球bに近づけたところ、図のようにしりぞけ合った。これについて、次の各問いに答えよ。

(1)この実験で使った、発泡スチロールも布も電流が流れにくい物質である。電流が流れにくい物質を何というか。

(2)球aと球bが引き合ったことから、球aと球bは同じ種類の電気を帯びているか、異なる種類の電気を帯びているか。

(3)球cが+の電気を帯びていたとすると、球aは+と-のどちらの電気を帯びているか。

(4)球aをこすった布と、球cをこすった布を近づけるとどうなるか。簡潔に答えよ。

(5)次の文章は、この実験についてまとめたものである。文中の( )に適する語句や記号を書き入れよ。

電流が流れにくい物質どうしをこすり合わせると、一方の物質から他方の物質に( ① )の電気を帯びた粒子である( ② )が移動する。したがって、こすり合わせたものどうしは( ③ )種類の電気を帯びる。このように、電流が流れにくい物質どうしの摩擦によって生じる電気を( ④ )という。

【問5】真空放電の問題

問題気圧を低くした空間に電流が流れる現象について調べるために、次の実験を行った。後の各問いに答えよ。

【実験】
①クルックス管に蛍光板を入れ、真空ポンプで空気を抜き気圧を低くした状態で、電極A、Bに( X )の+極、−極からのいずれかの導線をつなぎ大きな電圧をかけると、図1のように蛍光板上に明るい線が現れた。
②①の状態からさらに、電極C、Dに電源装置の+極、−極からのいずれかの導線をつなぎ、電極C、D間に電圧をかけると、明るい線が図2のように、上向きに曲がった。
③次に①の状態から、図3のように、U字型磁石のN極を手前にしてクルックス管の上から近づけ、明るい線のようすを調べた。

真空放電

(1)空間に電流が流れる現象うち、実験の①でクルックス管内の蛍光板に明るい線が現れたように、気圧を低くした空間に電流が流れる現象を何というか。

(2)実験①で、電極A、Bに大きな電圧をかけるために使った装置の名称( X )を答えよ。

(3)実験②で、クルックス管の電極のうち、−極からの導線をつないでいるものはどれか。図2の電極A~Dの中から2つ選び、記号で答えよ。

(4)次の文は、実験①でクルックス管内の蛍光板に見られた明るい線について話している会話である。文中の( ア )~( ウ )にあてはまる語句や記号を記入せよ。

生徒「明るい線をつくっているものは、電極から飛び出した( ア )とよばれる小さな粒ですよね。」
先生「そうです。この粒は( イ )の電気を持っている粒になります。」
生徒「この明るい線の名前は何というのですか。」
先生「明るい線は( ウ )という名前がついています。」

(5)実験③で、U字型磁石をクルックス管に近づけたときの、明るい線のようすとして適するものを、次のア~カの中から1つ選び、記号を書きなさい。
ア 明るい線が消えた
イ 明るい線が下向きに曲がった
ウ 明るい線がN極側に曲がった
エ 明るい線がS極側に曲がった
オ 明るい線がさらに明るくなった
カ 明るい線の色が変わった

【問6】電流が磁界から受ける力の問題

図1のような装置を用いて、銅線を流れる電流が磁界の中で受ける力を調べる実験を行った。図2は、図1でスイッチを入れたときのU字形磁石と銅線の部分を拡大したものである。次の各問の答を、解答欄に記入せよ。ただし、電熱線以外の抵抗は考えないものとし、電源装置の電圧の大きさは一定とする。

電流が磁界から受ける力

(1)図2で、U字形磁石の磁界の向きと、銅線を流れる電流がつくる磁界の向きの正しい組み合わせを、次の1~4から1つ選び、番号で答えよ。
1 aとc  2 aとd  3 bとc  4 bとd

(2)図1で、電熱線A(10Ω)に3Vの電圧がかかっているとき、電流計は何mAを示しているか。

(3)図1で、電流の向きとU字形磁石の極の位置を両方とも逆にしてスイッチを入れると、銅線の動く向きは、図2と比べてどうなるか。簡潔に書け。

(4)図1の状態で、電熱線A(10Ω)と電熱線B(20Ω)のつなぎ方だけをいろいろと変えてスイッチを入れると、銅線の動く大きさに違いがあった。次の1~4のうち、銅線が最も大きく動いたものを1つ選び、番号で答えよ。
1 電熱線Aだけをつなぐ。  2 電熱線Aと電熱線Bを直列につなぐ。
3 電熱線Bだけをつなぐ。  4 電熱線Aと電熱線Bを並列につなぐ。

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【解答・解説】電流とその利用のテスト対策問題

【問1】電流と電圧の解答

(1)電流計は直列に、電圧計は並列に接続します。また、+端子が電源の+極側、-端子が電源の-極側に来るように接続しましょう。

電流計と電圧計の接続

(2)端子:5Aの-端子(最大の-端子) 理由:大きな電流が流れ、電流計の針が振り切れて壊れる恐れがあるため。

電流計は、回路にどのくらいの電流が流れているかわからない場合、最大の-端子を使います。理由は、小さな-端子をはじめから使った場合、大きな電流が流れ、電流計が壊れる恐れがあるからです。

(3)2.00V

まず、電圧計の-端子を確認します。この問題では、3Vの-端子を使っているので、電圧計の針が最大まで振れたときに3Vであることを表しています。したがって、電圧計の読む目盛りは、表示の下の方の2.00Vになります。また、最小の目盛りが0.1Vごとになっているので、その1/10の位、小数第2位まで目盛りを読みます。

(4)100mA、0.1A

まず、電流計の-端子を確認します。この問題では、500mAの-端子を使っているので、電流計の針が最大まで振れたときに500mAであることを表しています。針が最大まで振れたときに表示が5となっているので、ここを500mAであるとすると、流れている電流は100mAとなります。また、1000mAで1Aなので、100mAは0.1Aとなります。

(5)電流を流そうとする圧力。

電圧は電流を流そうとする圧力ですので、電圧を2倍、3倍にすれば、流れる電流も2倍、3倍となります。つまり、電圧と電流は比例関係になります。これをオームの法則といいます。

【問2】オームの法則の計算・グラフの解答

(1)電熱線b

グラフの見ると、電熱線aよりも電熱線bの方が傾きが大きいことがわかります。これは、電熱線aよりも電熱線bの方が電流が流れやすいことを表しています。例えば、電熱線a、bに同じ6.0Vの電圧をかけた場合、電熱線aには0.2Aの電流が流れるが、電熱線bには0.3Aの電流が流れることがわかります。

(2)0.4A

12Vの半分の6Vの場合、電熱線aには0.2Aの電流が流れることがわかります。電圧と電流は比例するので、電圧が2倍になると、流れる電流も2倍になります。したがって、0.2Aの2倍の0.4Aの電流が流れます。

(3)1.5倍

抵抗の大きさは電圧V÷電流Aで求めることができます。電熱線aの抵抗の大きさは、6Vで0.2Aの電流が流れているので、6V÷0.2A=30Ω。電熱線bの抵抗の大きさは、6Vで0.3Aの電流が流れているので、6V÷0.3A=20Ω。したがって、30Ω÷20Ω=1.5倍になります。

(4)オームの法則

電熱線にかかる電圧を2倍、3倍にすると、電熱線に流れる電流も2倍、3倍になります。つまり、電圧と電流は比例関係になります。これをオームの法則というのです。

【問3】直流と交流の解答

(1)発光ダイオードB

発光ダイオードは、+端子が電源装置の+極側に、-端子が電源装置の-極側に接続されている場合に光ります。したがって、発光ダイオードBが点灯します。

(2)電流の流れる向きと大きさが変化しない電流。

乾電池や直流電源装置から流れている電流は、直流電流といわれます。電源の+極から-極に向かって一定の大きさで流れる電流です。

(3)交互に点滅する。

手回し発電機のような発電機から得られる電流は、交流電流になります。交流電流は、周期的に流れる電流の向きと大きさが変化する電流で、発電機や家庭のコンセントから得られる電流も交流電流となっています。図の装置では、発光ダイオードAとBが端子が逆になるように接続されているので、発光ダイオードAが光っているときには、発光ダイオードBは点灯しておらず、逆に、発光ダイオードBが点灯しているときには、発光ダイオードAが点灯していない状態になります。したがって、交互に点灯をくり返すように発光ダイオードが光ります。

(4)直流電流: 交流電流:

同じ向きに一定の大きさで流れる電流が直流電流で、図のアのかたちになります。一方の交流電流は、周期的に電流の流れる向きと大きさが変化する電流で、図のイのかたちになります。

【問4】静電気の解答

(1)絶縁体(不導体)

抵抗が大きく、電流が流れにくい物質を絶縁体、または不導体といいます。絶縁体の「縁」を「緑」と書かないように注意しましょう。

(2)異なる種類の電気を帯びている。

同じ種類の電気には、しりぞけ合う力がはたらきます。+と+、-とーの場合はしりぞけ合います。異なる種類の電気には、引き合う力がはたらきます。+と-の場合は引き合います。

(3)マイナス(-)

球cが+の電気を帯びているので、球cとしりぞけ合っている球bは、球cと同じ+の電気を帯びているとわかります。したがって、+の電気を帯びている球bと引き合っている球aは、球bと異なる-の電気を帯びています。

(4)引き合う。

摩擦した物質どうしは、異なる種類の電気を帯びます。これは、摩擦した一方の物質から、他方の物質に-の電気を帯びた粒子が移動するためです。球cは+の電気を帯びていることから、球cを摩擦した布は-の電気を帯びているとわかります。また、球aは-の電気を帯びていることから、球aを摩擦した布は+の電気を帯びているとわかります。したがって、布どうし異なる種類の電気を帯びているので、互いに引き合います。

(5)①-(マイナス) ②電子 ③異なる ④静電気

静電気は、絶縁体などの電流が流れにくい物質どうしを摩擦することで生じる電気です。摩擦によって、一方の物質から他方の物質に-の電気を帯びた電子が移動するためです。電子が出ていった物質は+の電気を帯び、電子を受けとった物質は-の電気を帯びます。したがって、摩擦したものどうし引き合う力がはたらきます。

【問5】真空放電の解答

(1)真空放電
電流が流れる現象を放電といいます。中でも真空中や気圧が低い状態で起こる放電を、真空放電といいます。

放電電流が流れる現象を放電という。
❶気圧が低い状態で放電することを真空放電という!
❷空気中での放電を火花放電という!

(2)誘導コイル
電磁誘導の原理を利用して大きな電圧を発生させる装置が誘導コイルになります。

(3)電極A、電極D
明るい線は−極側から+極側に伸びます。電極Aが−極側、電極Bは+極側に接続することを覚えておきましょう。また、図2では、明るい線の正体であるマイナスの電気を帯びた電子が上側に曲がっていることから、電極Cが+極、電極Dが−極であるとわかります。

電子線(陰極線)・-極から+極に向かって伸びる!
・電子線(陰極線)の正体は電子!

(4)ア:電子 イ:− ウ:電子線(陰極線)
明るい線の正体は、マイナスの電気を帯びた粒である電子になります。なので、明るい線の名称は電子線になります。電子は−極から+極に向かって移動します。

(5)
クルックス管内には電流が流れています。ここに磁界をつくってあげると、電流が次回から力を受け電子線が上側か下側に曲がります。選択肢で上か下に曲がっているのはイのみです。詳しくはフレミングの左手を使うと曲がる方向がわかります。

【問6】電流が磁界から受ける力の解答

(1)

磁石の磁界の向きはN極からS極になります。したがって、図2のU字型磁石の磁界の向きはaになります。また、導線を流れる電流のまわりにも同心円状の磁界ができます。電流の進む向きに対して右回り(時計回り)になります。したがって、図2の電流のまわりの磁界はcになります。

(2)300mA

電圧が3V、抵抗が10Ωなので、流れる電流は3V÷10Ω=0.3Aになります。1A=1000mAなので、0.3A=300mAとなります。

(3)変わらない。

電流の向きを逆にすると、電流のまわりの磁界も逆向きになるので、力は逆向きにはたらきます。磁石の極を逆にしても、磁石の磁界の向きが逆になるので、力は逆向きにはたらきます。電流の向きと磁石の極を両方逆にすると、逆の逆で元と同じ方向に力を受けることになります。

(4)

抵抗を直列に接続した場合は、全体の抵抗は各抵抗の和となり、抵抗が大きくなります。並列に接続した場合は、全体の抵抗は各抵抗よりも小さくなり、回路に大きな電流が流れます。したがって、並列に接続した4が答えになります。

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