中2理科「電熱線による水の温度変化の定期テスト過去問分析問題」

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電熱線による水の温度変化の定期テスト過去問分析問題

電熱線によって、上昇する水の温度変化を調べるために、図のような器具を用いて回路をつくった。電熱線の抵抗の大きさは、2.0Ωであり、このとき電熱線には5.0Vの電圧をかけの水をあたためた。その結果、10分間で水の温度が10℃上昇した。これについて、次の問いに答えなさい。
電熱線の水の温度変化

(1)10分間に水が得た熱量は何Jか。ただし、1gの水を1°C上昇させるのに必要な熱量は4.2Jとする。

(2)電熱線を流れる電流の大きさは何Aか。

(3)同じ2つの電熱線を直列につないで水の中に入れ、50Vの電圧をかけた。電熱線が1つのときと地べて、10分間に上昇する水の温度はどうなると考えられるか、理由を含めて書きなさい。ただし、「同じ2つの電熱線を直列につなぐと、」に続けて書き、「電流」「発熱量」という2つの語を使いなさい。

電熱線による水の温度変化の定期テスト過去問分析問題解答

(1) 4200J

熱量[J] =4.2×水の質量(g)×水の上昇温度[°C]より、4.2 × 100g × 10 °C = 4200J

(2) 2.5A

5.0V÷2.0Ω=2.5A

(3) 同じ2つの電熱線を直列につなぐと、電熱線が1つのときと比べて、電流が1/2になり、発熱量が1/2になるから上昇する水の温度は、1/2になると考えられる。

同じ2つの電熱線を直列につなぐと、電熱線が 1つのときと比べて、全体の抵抗が2倍になる。このため、オームの法則により、電流が1/2になる。また、電圧が同じで電流が1/2になるため、発熱量が1/2となり、その結果、上昇する水の温度は1/2になると考えられる。2つの電流計を直列につなぐ→回路全体の抵抗の大きさ→電流の大きさ→発熱量→上昇する水の温度という順で考えるとよい。
回路のつなぎ方電流計は回路に直列に、電圧計は測定する部分 に並列につなぐ。また、電圧計と電圧計の+端子には+極側の導線を、一端子には一極側の導線をつなぐ。電圧計と電流計のつなぎ方は異なる。電圧計と電流計の+端子には、+極側の導線をつなぐ。

コメント

  1. 梼原優太 より:

    中2理科「電熱線による水の温度変化の定期テストの過去問分析問題」について
    中学生です。教えてください。
    2番小問について。解説通りオームの法則で解く方法は分かるのですが、私は1番の回答を利用して、ジュールの法則で解いてしまいました。
    電力量(J)=電力(W)×時間(S)
    =電圧(V)×電流(A)×時間(S)
    なので、1番の答えと問題文中より
    4200(J)=5(V)×a(A)×600(S)
    a(A)=1.4
    となり、答えの2.5にはなりません、、、
    なぜ、ジュールの法則を使って解くと答えに辿り着けないのでしょうか。
    受験を直前に控え混乱しています。
    お忙しいかと思いますがお返事よろしくお願いいたします。

    • 編集長 より:

      質問に答えますね。
      詳しくは、高校で習う内容にもなるですが、
      発生した熱量(電熱線の熱量)がすべて水の温度変化に使われたわけでなく、
      一部空気に熱量が逃げた結果の発熱量(水が得た熱量)が(1)の解答なので
      その解答を使って解くと、答えが変わってきます。
      ※電熱線の熱量=水が得た熱量+空気に逃げた熱量
      (電線線の熱量と水が得た熱量は違うわけです。)

      問題文に、「電熱線の発熱量がすべて水温の上昇に使われた」とただし書きがあれば
      「電熱線の発熱量=水が得た熱量」が成立し、今回の解き方でも正答が導けました。

      • 梼原優太 より:

        早速分かりやすい説明ありがとうございました‼︎
        説明を読んで納得できました。
        ありがとうございました。

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