中学受験：”電池の持ち”を攻略！中学受験理科の必須知識まとめ

“電池の持ち”はその電池に流れる電流で判断せよ！

こんにちは、かるび勉強部屋 ゆずぱ です。

 

リクエストの多かった、物理分野の ”電池の持ち” について。実は…電池の持ちは、その電池に流れる電流の大きさに比例するので、電流の大きささえ分かれば簡単に攻略 することができますo(^-^)o

いやいや…その電流が分からんのさ(-_-;)

我が家の子供たちもそのとおりでした…(^_^;) ただ中学受験では電球と電池の数を数えれば、電流が簡単に分かります。回路図を見たら電球と電池の数を数えるという行動をとれば簡単に攻略できます。

それでは具体的な方法の解説にまいりましょう！

※ この記事は中学受験で特有の条件 i)登場する電池は全て同じ電圧 ii)登場する電球は全て同じ抵抗 を前提 に記載されています。

 

電池を理解する３つのイメージ

さて… 電球の数と電池の数を数える前に 電池というものがナニモノか を理解しておきましょう。現在の子供たちはスマフォやゲーム機で電池に深く関わっているので、意外と理解していますが、念の為d(^_^o)

電池には残量がある

これは ”いわずもがな” かもしれませんが、電池は使えば使うほど減ってしまう。日常生活で理解しているかもしれませんが、念の為、子供と共有しましょう。ポイントは 使えば使うほど減る ということ。使わなければ減りません_φ(･_･

 

電流の粒が流れると減るイメージ

ここでイメージすると良いのが ”電流の粒” です。

電流の正体は電池のマイナス極から出る電子の移動。まぁ…その辺は置いておいて、まずは… 電流の粒が電池から流れ出る → 流れ出るほど電池の容量が減る みたいなイメージ で考えると良いかと思います。

 

電流が小さいほど長持ち

”電流の粒” が電池から出ていくと電池の容量が減る。

だったら…電流の流れ小さければ電池の減りも小さく、電流の流れが大きければ電池の減りも大きい というイメージが持てるはず！このイメージを持つ事ができれば 電池の持ちを攻略できたも同然 ですd(^_^o)

イメージどおり、その電池に流れる電流が小さければ小さいほど電池は長持ちするということですねd(^_^o) この基本を理解できたならば、次にナニをすれば良いでしょうか？

あたりまえですが… 電池に流れる電流の大きさを考えるコト

 

電流の求め方３つのルール

さっそくですが…その回路にどれだけ電流が流れているかを求めてみましょう。そのためには３つのルールを理解するのが手っ取り早い！

電池の力 = 電流を流そうとする力
電球の壁 ＝ 電流の流れをさまたげる壁
電流の大きさ ＝ 電池の力 vs 電球の壁

 

ルール① “電池の力”を数える

まず電池のイメージ… 電池は電流を流そうとする高低差のようなモノ。２個つなげればその力は２倍になるけど、横にふたつ並べても高さは変わらない。こんなイメージを持ってください_φ(･_･

それを ルール① としちゃいますd(^_^o)

電池を２個つなげれば高さは２倍。つまり電流を流そうとする力も２倍になります。３個つなげれば高さは３倍。電流を流そうとする力も３倍に…。

そして…横にいくら並べても高さはかわりません。電池を２つ並べようが、３つ並べようが高さは変わりませんので、電池の電流を流そうとする力は１です。

 

ルール② “電球の壁”を数える

次に電球のイメージ… 電球は電流の流れを妨げる壁のようなモノ。壁は２重にするとその妨げる力は２倍に。一方で横に壁を２枚並べると、通り道が２倍になるので妨げる力は半分になるイメージです_φ(･_･

 

 

コレを ルール② として整理してみます。

電球を２個つなげれば通りにくさは２倍。つまり電流を妨げようとする力も２倍になります。３個つなげれば通りにくさは３倍。電流を妨げようとする力も３倍に…。

そして…電球は横に並べれば並べるほど道が増えて通りやすくなります…。電球を２つ並べれば通りやすさは半分に。３つ並べれば通りやすさは３分の１になる…という感じですd(^_^o)

 

ルール③ 電流＝電池÷電球

最後は電流ですd(^_^o) ザックリというと…

電池(電流を流そうとする力) vs 電球(電流を妨げる壁の力)

とういう構図です ∑(ﾟДﾟ)

この戦いの構造を式であらわすと…

電流の大きさ ＝ 電池の力 ÷ 電球の壁

言い換えると、電流の大きさは…

分子＝電池の力 / 分母＝電球の壁

 

ではいくつか例を見てみましょうd(^_^o)

 

電池の力＝１、電球の壁＝１であれば、分母も分子も１なので、電流の大きさは１になりますね。電池の力＝１、電球の壁＝２であれば、分子が１で分母が２なので １/２(２分の１)ですね。超簡単ですね (^_^;)

 

代表的な９つの回路

これで電流の大きさは ”もう大丈夫” かと思いますが… 練習として 代表的な９つの回路 について、電流をすべて計算してみましょうd(^_^o)

基本的な９つの回路

基本的なというのはどういうコトでしょう？

ズバリ… ”電球の数” と “電球の数” で表を作って 整理してみましょう！それぞれ２個まで整理しますが、２個の場合…直列につないだ場合と、並列につないだ場合があるので、このような３×３の表 になります(^_^;)

 

９つの回路で流れる電流

では…この９つの基本的な回路に流れる電流をひとつずつ確認していきましょう！やり方は３つのルールでしたね…。

ルール①：電池の力 を数える
ルール②：電球の壁 を数える
ルール③：電流の大きさ ＝ 電池の力 ÷ 電球の壁

基本的な９つの回路の電流を計算してみましたが、いかがでしょうか？

電池の数を数えて、電球の数を数えて、最後にわり算をする。これで電流の大きさを出すことができますd(^_^o) 特に、この９つの回路は、基本になりますので、シッカリおさえるべし！

 

なおより複雑な回路についてはこちらの記事をご参照ください。
豆電球の明るさへのリンク

 

電池の持ちを判断する３ステップ

では…最後に 練習問題っぽいモノ をといてみましょう！３つの回路にある電池のうち 最も長持ちする電池はどれ でしょう？

STEP1 電池の力 と 電球の壁

まずは、いつものように ”電池の力” と “電球の壁” を回路から読み取りましょうd(^_^o) ここに登場する回路は、すべて基本９回路にある回路なので、大丈夫でしょう。

 

STEP2 電池に流れる電流を求めよ

“電池の力” と “電球の壁” を数え終わったら、電流を求めましょう。電流の大きさ＝電池の力÷電球の壁。超シンプルです。

STEP3 電流が小さい＝電池が長持ち

ここまで出来れば簡単…電流が出れば出るほど電池の容量は減ってしまうので ”電流が小さいほど長持ち” です_φ(･_･

ひとつだけ注意点。右側にある回路は…
電池が並列になっているので ”電流がふたつに分かれる!!”

 つまり…右側の回路全体に流れる電流は1ですが、電池１つに流れている電流は１/２(２分の１)になる…∑(ﾟДﾟ)

それでは、最後に電池に流れる電流を整理！

左側の回路　　＝ 電流は２
真ん中の回路  ＝ 電流は１
右側の回路    ＝ 電流は1/2

よって…いちばん長持ちする電池は”右側の回路”の電池 になります。ちなみに、最も早く電池がなくなるのは”左側の回路”ですねd(^_^o)

 

まとめ

 

今回は”電池の持ち”についての攻略法をまとめてみました。最初に ”電池のイメージ”を確認しました。３つのイメージをもとに、電池を使えば使うほど減っていくイメージをつかみましょう_φ(･_･

イメージ① 電池には容量がある
イメージ② 電流が流れ出るほど減る
イメージ③ 電流が小さいほど長持ち

つまり電池に流れている電流さえ分かってしまえば、電池の持ちも自然とわかるわけです。そして、電流の大きさは回路にある”電池の力”と”電球の壁”をかぞえて割り算をすれば良いということですd(^_^o)

ルール① 電池の力を数える
ルール② 電球の力を数える
ルール③ 電流の大きさ＝電池の力÷電球の壁

より複雑な回路も出題されますが、これで全て攻略できます_φ(･_･　色々な回路で流れる電流を練習しましょう_φ(･_･

 

より複雑な電流を求める例は以下をご参照ください。
豆電球の記事へのリンク

 

※ この記事は中学受験で特有の条件 i)登場する電池は全て同じ電圧 ii)登場する電球は全て同じ抵抗 を前提 に記載されています。