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  • 豆電球の回路の明るさ比べ


    初回の今回は、多くの受験生が苦手とする「電流」の単元から、「豆電球の明るさ比べ」を選んで説明します。


    いくつもの豆電球と乾電池を組み合わせていろいろな回路を作り、それぞれの回路の豆電球の明るさや豆電球がついている時間(乾電池の寿命)を比べる問題は、多くの学校の入試問題によく出題されています。しかし、この類の問題の克服に苦労している受験生は非常に多いのが現状です。決して難しくはないのに、いったいなぜこんなにも苦手とする受験生が多いのでしょうか。それは、直列つなぎが正しく理解できていないからなのです。それでは、さっそく例題に取り組んでみましょう。


    次の図1のような回路を基準として、豆電球と乾電池に流れる電流の大きさをそれぞれとします。このとき、図2と図3の豆電球と乾電池に流れる電流の大きさ(@〜E)は、それぞれいくつになるでしょうか。

    回路図1〜3

     

    回路に流れる電流を求めるときは、最初に豆電球に流れる電流の大きさを決める必要があります。そして、電流を求めるときに用いる公式がオームの法則で、次のようなものです。

    直列つなぎの乾電池の数=豆電球に流れる電流の大きさ×直列つなぎの豆電球の数

     


    まず、図2の回路は乾電池が1本,直列つなぎの豆電球が2個なので、オームの法則の

    公式を用いると、豆電球を流れる電流の大きさは、@もAも

    (1=

    ×2)となります。

    もちろん、わざわざオームの法則の公式を使わなくても、直列つなぎの豆電球の数が2個になると抵抗が2倍になるので、回路を流れる電流の大きさは図1のときの半分になると考えればいいのです。


    豆電球に流れる電流の大きさがわかれば、次に乾電池から流れ出す電流を求めます。

    実は、ここで多くの生徒が“何の疑問も抱かずに”、ごく自然にこう考えてしまうのです。

    「1本の乾電池で2個の豆電球に

    ずつ電流を流すのだから、乾電池を流れ出る電流

    の大きさは

    =1 だろう」と。しかし、この考え方こそが

    電球

    根本から間違っているのです。


    なぜなら、直列つなぎは、電流の通り道が1本しかないつなぎ方ですから、その1本の回路を流れる限り、電流の大きさは増えも減りもしません。つまり、図2は直列つなぎですから、回路を流れる電流はすべて同じです。つまり、@,A,Bの電流の大きさは

    どれも

    なのです。あの“ずつ”という言葉・考え方こそが誤り

    の原因だったのです。


    豆電球の問題にひそむ“危険な落とし穴”の正体に納得していただけましたか? まちがっている本人すら気付かないうちに、“自然に”足し算をして乾電池に流れる電流を求めてしまうのです。では、どうすればミスを防げるのでしょうか。


    それには、電流の問題を見たら「直列つなぎはどこでもいっしょ!」という合い言葉を思い浮かべればいいのです。 直列つなぎとは、回路のどこでも流れる電流の大きさが等しいつなぎ方です。そのことを思い起こせば、必ずまちがえずに解けるようになるでしょう。豆電球の問題を解くたびに、おまじないのように「どこでもいっしょ!」と(とな)えていれば、やがて“自然に”正しい解き方ができるようになるでしょう。大切なのは、 身に着くまで根気よく続けることです。体が覚えるまで続けることによって、初めて正しい考え方が身に着くのです。



    さあ、図3についても同じように考えてみましょう。今度は、直列つなぎの乾電池が2本,豆電球が1個ですから、オームの法則より、豆電球に流れる電流(C)は2(2=2×1)となりますね。ここでも、2本の乾電池が直列つなぎなので、電流を流す力が2倍になるから豆電球に流れる電流も図1の2倍になると考えてもかまいません。

    そして、乾電池に流れる電流(DとE)は……2÷2=1 ではありません。図3の回路は直列つなぎですから、「直列つなぎはどこでもいっしょ!」をしっかり意識していれば、Cの豆電球に流れる電流と同じで2になることがわかりますね。


    回路図4

    それでは、これまでに説明した内容が完璧に理解できたことを確認するための最後の例題を解いてみましょう。図1のような回路を基準とすると、図4のような回路の豆電球と乾電池に流れる電流の大きさ(A〜E)は、それぞれいくらになりますか。


    (ヒント)直列つなぎと並列つなぎの両方が出てきますが、並列つなぎでは電流は分かれて流れます。最初に豆電球に流れる電流を求めて考えましょう。 


  • 〔設問の解答と解説〕


  • てこのつりあいの解法 へ続く
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