光・音・電流 - 反射屈折・レンズ・オームの法則
光・音・電流の分野では、光の反射と屈折、凸レンズによる像、音の伝わり方と高さ・大きさ、電流・電圧・抵抗の関係、直列・並列回路、電力と電力量が問われる。身近な現象を法則と結び付けて説明できるかがポイントである。
光と音
光は鏡で反射し、反射角は入射角に等しい。光が空気から水やガラスへ進むときは、境界面の法線に近づく向きに屈折する。凸レンズでは、焦点距離より外側に物体を置くと倒立の実像ができ、焦点距離の内側では正立の虚像ができる。音は物体の振動が空気などを伝わる現象で、真空中では伝わらない。振動数が多いほど高い音、振幅が大きいほど大きい音になる。空気中の音速は約340m/sで、光の速さより非常に遅い。
電流と回路
電流の単位はA、電圧はV、抵抗はΩ。オームの法則により、電圧=抵抗×電流となる。直列回路では電流がどこでも同じで、電圧は抵抗の比に分かれ、合成抵抗は各抵抗の和。並列回路では各抵抗に同じ電圧がかかり、電流は分かれて流れ、合成抵抗は各抵抗より小さくなる。電力は電圧×電流でW、電力量は電力×時間でJまたはWhで表す。
例題
6Vの電源に3Ωの抵抗をつなぐ。電流はオームの法則から6÷3=2A。電力は6×2=12W、10秒間で消費する電力量は12×10=120J。電流を2倍にすると、電力は4倍になることも確かめる。
失点しやすい点
電流は回路を流れても「消費されない」こと、電圧計は並列・電流計は直列につなぐことを忘れやすい。凸レンズの実像は倒立、虚像は正立である。直列と並列で、電流と電圧のどちらが共通かを混同しない。