大学入学共通テストで「電気パン!?」を解く!

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。 

大学入試改革でいろいろと揺れていますが、新しく来年度からはじまる「大学入学共通テスト」の施工問題の傾向は変わらないことが予想されます。

https://www.dnc.ac.jp/daigakunyugakukibousyagakuryokuhyoka_test/pre-test_h30_1111.html

これらを見ると、実験とそのデータを扱う問題が多く出題されていますね。大学入学共通テストの内容をうらなうためにも、物理基礎について特徴的な問題を見ておきたいと思います。今回このサイトで扱うのは大問3の「電気パン」を作る問題です。問題については上記のサイトを御覧ください

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電気パンを作る実験、よく科学部でやっていました。こんな感じで焼き上がります!

タネを感電させて蒸しパンを作ろう!科学のレシピ

問1

図2より開始後6分(3メモリ)の電流はおよそ1.25Aです。

 

電圧は100Vで一定なので、「オームの法則」から、

V  =  I   R
↑    ↑
100  1.25

抵抗値は80Ω  ③ 答

問2

図2より開始後10分から15分までの5分間に流れている電流はおよそ1.0Aです。

電圧は100Vで一定なので、「ジュール熱の式」から、時間tは秒を使うことに注意して代入すると、

Q = I   V   t
↑   ↑  ↑
1.0 100  5×60

これを解くと、ジュール熱は30000Ωです。  ④ 答

問3

ケーキ生地の中に含まれる水分と食塩などは電解質であり、直接電流を流すとジュール熱が発生し、生地の温度は上がっていきます(図3の0分から12分)。

このジュール熱により生地に含まれているふくらし粉(炭酸水素ナトリウム)が分解し、二酸化炭素が出て生地が膨らみます。電流を流し続け温度が100℃に達すると、水分が蒸発して減少します。この間に与えられたジュール熱は水から水蒸気の状態変化に使われ、温度は100℃で一定になります(図3の12分から26分)。

これにともなって水分が減り、電解質が減少します。そのため生地の抵抗値は大きくなり、図2の26分付近で電流が流れなくなります。その結果、図3の26分以降ジュール熱が発生しないので、温度が下がっていきます。 ② 答

選択肢の中で①・③は消費電力やジュール熱は電圧が一定であっても、電流が変化しているので一定にはなりません。④の状態であれば確かに温度が一定になるものの、なぜ100℃で温度が一定になるのかには答えていません。

いかがでしたでしょうか。データを読んで、どの式を使えばいいのか?だとか、どのようなことが起こっているのか?を考えさせるような問題が出題されていることに気が付きますね。今後は学校でより多くの実験をやったり、考察させる必要があることが示唆されます。

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