2012年早稲田高等学院の問題です。
豆電球3つを使って、図1~3のような回路を作りました。豆電球や電池はすべて同じものとして、次の問いに答えなさい。
問1豆電球A~Iの中で、一番明るいものはどれですか。あてはまるものが2つ以上あるときは、すべて答えなさい。
問2 豆電球Hよりも暗い電球は全部でいくつありますか。数字で答えなさい。
問3 豆電球AとHに流れる電流の大きさを、一番簡単な整数の比で答えなさい。
問4 図1~3の回路につながっている豆電球の光り続ける時間について正しく述べているものを、次のア~キから一つ選び、記号で答えなさい。
ア 図1が一番長くて、図2が一番短い。
イ 図2が一番長くて、図3が一番短い。
ウ 図3が一番長くて、図1が一番短い。
エ 図2が一番長くて、図1が一番短い。
オ 図3が一番長くて、図2が一番短い。
カ 図1が一番長くて、図3が一番短い。
キ どの図も同じである。
まず図1の回路は3つの豆電球が直列になっているので、1つの豆電球の抵抗を【1】とすると【3】になりますから、流れる電流は(1/3)になります。
図2の回路は豆電球1個ずつ2個の並列回路が豆電球1つに直列につながっています。
豆電球1個ずつ2個の並列回路はそれだけ単独で取り出すと全体で(2)の電流が流れるので抵抗としては【1/2】になります。したがって【1】の抵抗と直列につながっているので【1】+【1/2】=【3/2】の抵抗になります。
したがって流れる電流はDが(2/3)になり、E、Fはその半分の(1/3)になります。
Gは抵抗が【1】ですから(1)の電流が流れ、H、Iは抵抗が【2】になるので流れる電流はそれぞれ(1/2)です。
以上をまとめると下の図のようになります。
したがって
問1 Gが一番明るくなります。
問2 Hは(1/2)ですからそれより暗いのは(1/3)なので全部で5個あります。
問3 Aは(1/3)、Hは(1/2)ですから電流の比は2:3になります。
問4 図1は全体の回路として(1/3)、図2は(2/3)、図3は(3)流れていますので、一番長いのが図1、一番短いのが3ですからカが正しいということになります。
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