電力・時間・発熱をエネルギーの移り変わりとして調べる
七つの架空の測定で、電力、時間、電力量と発熱を結び付ける14問と六つの記述課題です。
学年・内容の目安 中学校第2学年「理科」の電力と発熱を考える補助教材。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
中学校理科第1分野(3)ア(ア)㋒「電気とそのエネルギー」の、電力・時間と電力量、発熱を考える補助教材です。
解説を読む
電力は、電気によるエネルギーが移る速さです。一定の電力なら、電力と時間を掛けた値が電力量になります。同じ電力量でも、装置によって熱、光、運動などへの移り方は異なります。
必要な予備知識
直流の電圧と電流、秒と時間の換算を使います。1 Wを1秒使うと1 J、1 Wを1時間使うと1 Whです。
- 直流で電圧と電流が一定のとき、電圧Vと電流Aを掛けて電力Wを求める。
- 一定の電力Wに時間sを掛けると、電力量をJで表せる。
- 電力が変わるときは、一定の区間に分け、各区間の電力量を足す。
- 電気による入力の電力量と、特定の物体が受け取った熱量を区別する。
解き方の例
電力4 Wの装置を30秒使うと、電力量は4×30＝120 Jです。水を温めた場合も、その水だけが120 Jを受け取ったかは、別に考えます。
よくある間違い
- Wを電力量、Jを電力として使う。
- 分や時間を、秒の数に直さずJを求める。
- 同じ電力量が入力されたので、どの装置でも水の温度が同じだけ上がると考える。
観察と考え方を講師と確かめる
選択では電力、時間、電力量と単位を確かめます。記述では、比較した条件と、測定や計算から言えることの範囲を講師と確認します。
低電圧の架空の測定結果を読む教材です。家庭のコンセントを使う実験や、容器と周囲に逃げた熱の量の計算は行いません。
読む文章・資料
電圧・電流と時間
ある電熱線に一定の6.0 Vを加えると、2.0 Aが流れました。その状態を40秒間保ちました。
入力が同じになる二つの運転
同じ水の量と同じ初めの温度で、加熱Aは6 Wを40秒、加熱Bは3 Wを80秒続けました。水の終わりの温度や、周囲へ移った熱は記録していません。
電力を変えた二つの実験
同じ量の水を同じ容器に入れ、初めの温度20 ℃、加熱時間60秒、かき混ぜ方をそろえました。電力3 Wでは終わりが21 ℃、6 Wでは22 ℃でした。
動くもの、光るもの、温まるもの
小さなモーター、ランプ、電熱線を、それぞれ同じ電力で同じ時間だけ使いました。モーターの軸は回り、ランプは光り、電熱線は温まりました。音や周囲に移った熱の量は測っていません。
途中で電力を変える
一つの装置を、最初の40秒は3 W、その直後の20秒は6 Wで使いました。それぞれの区間では電力は一定でした。
時間を分で記録する
電力20 Wで一定の装置を30分間使いました。1時間は60分で、1分は60秒です。電力量をWhとJの両方で記録します。
水以外に移った熱
電熱線へ入力した電力量は500 Jです。別の測定で、水が受け取った熱量は約350 Jと見積もられました。容器や周囲が受け取った熱量は、それぞれには測っていません。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：電圧・電流と時間
この電熱線の電力はどれですか。
- 3 W
- 12 W
- 24 W
答えと解説
12 W
6.0 Vと2.0 Aを掛けます。
資料：電圧・電流と時間
40秒間の電力量はどれですか。
- 480 J
- 240 J
- 12 J
答えと解説
480 J
電力12 Wに40秒を掛けます。
資料：入力が同じになる二つの運転
入力した電力量は、AとBでどうなりますか。
- Aの方が大きい。
- Bの方が大きい。
- AとBで等しい。
答えと解説
AとBで等しい。
Aは6×40、Bは3×80で、どちらも240 Jです。
資料：入力が同じになる二つの運転
この記録から、水の終わりの温度について言えることはどれですか。
- AもBも終わりの温度が等しいと記録された。
- 入力は同じだが、終わりの温度を比べるには測定が要る。
- Bは加熱時間が二倍なので、終わりの温度もAの二倍と読める。
答えと解説
入力は同じだが、終わりの温度を比べるには測定が要る。
入力の電力量は計算できますが、終わりの温度は測っていません。
資料：電力を変えた二つの実験
この記録で、温度の上がり方を比べるために変えた条件はどれですか。
- 電力
- 加熱時間
- 水の量
答えと解説
電力
60秒、水の量などをそろえて、電力を3 Wと6 Wにしました。
資料：電力を変えた二つの実験
観察した温度の上がり方を正しく表したものはどれですか。
- 3 Wで21 ℃上がり、6 Wで22 ℃上がった。
- 3 Wも6 Wも2 ℃ずつ上がった。
- 3 Wで1 ℃、6 Wで2 ℃上がった。
答えと解説
3 Wで1 ℃、6 Wで2 ℃上がった。
終わりの温度から、共通する初めの20 ℃を引きます。
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
ランプの記録で、電気から移った先として直接確かめたのはどれですか。
- 運動
- 光
- 熱
答えと解説
光
ランプについて記録した観察は、光ったことです。
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
三つの装置の観察をまとめた説明はどれですか。
- 装置により回転、光、温まり方など、現れ方が異なった。
- 入力が同じなら、三つは同じように回転したといえる。
- 電熱線が温まったので、他の装置には電気が入らなかった。
答えと解説
装置により回転、光、温まり方など、現れ方が異なった。
同じ入力条件で、軸の回転、光、電熱線の温まりをそれぞれ観察しました。
資料：途中で電力を変える
最初の40秒間の電力量はどれですか。
- 43 J
- 160 J
- 120 J
答えと解説
120 J
最初は3 Wで40秒なので、3×40＝120 Jです。
資料：途中で電力を変える
二つの区間を合わせた電力量はどれですか。
- 180 J
- 240 J
- 360 J
答えと解説
240 J
各区間が120 Jずつなので、二つを足します。
資料：時間を分で記録する
30分間の電力量をWhで表すとどれですか。
- 10 Wh
- 20 Wh
- 600 Wh
答えと解説
10 Wh
30分は0.5時間なので、20×0.5＝10 Whです。
資料：時間を分で記録する
同じ電力量をJで表すとどれですか。
- 600 J
- 3600 J
- 36 000 J
答えと解説
36 000 J
30分は1800秒です。20 Wに1800秒を掛けます。
資料：水以外に移った熱
水が受け取った熱量として記録したのはどれですか。
- 500 J
- 約350 J
- 約150 J
答えと解説
約350 J
500 Jは入力です。水が受け取った熱は約350 Jと見積もられています。
資料：水以外に移った熱
容器と周囲に移った熱について、この記録からはどう考えられますか。
- 入力と水が受け取った量の差は約150 Jだが、容器と周囲の内訳は測っていない。
- 約150 Jは容器が受け取った分とし、周囲への移動は0 Jと見積もる。
- 水が約350 Jを受け取ったので、容器も周囲も約350 Jずつ受け取った。
答えと解説
入力と水が受け取った量の差は約150 Jだが、容器と周囲の内訳は測っていない。
500−350＝150 Jが差です。この記録には容器と周囲を分けた測定がありません。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：電圧・電流と時間
電力と40秒間の電力量を、式と単位を使って分けて書きましょう。
答えと解説
電力は6.0 V×2.0 A＝12 Wです。その電力を40秒保ったので、電力量は12 W×40秒＝480 Jです。
電力は時間当たり、電力量はこの時間全体の量です。
- 6.0 Vと2.0 Aを掛け、電力を12 Wと求める。
- 12 Wに40秒を掛け、電力量を480 Jと求める。
資料：入力が同じになる二つの運転
AとBの入力を計算し、水の終わりの温度が等しいといえるか説明しましょう。
答えと解説
Aは6×40＝240 J、Bは3×80＝240 Jです。入力は等しいですが、温度や周囲への熱の移り方は測っていないので、終わりの温度が等しいかは分かりません。
入力が等しいことは、別の量が等しい証拠にはなりません。
- Aの6 W×40秒とBの3 W×80秒が、どちらも240 Jと示す。
- 終わりの温度は測っておらず、同じ温度かは判断できないと示す。
資料：電力を変えた二つの実験
そろえた条件を二つ以上挙げ、電力を変えた結果を温度の差で説明しましょう。
答えと解説
水の量と加熱時間をそろえ、初めを20 ℃にしました。3 Wでは1 ℃、6 Wでは2 ℃上がったので、この二回の記録では、電力を大きくした方が温度の上がり方も大きいです。
温度の上昇分は、終わりの温度から初めの温度を引いて求めます。
- 水の量、加熱時間、初めの温度など、そろえた条件を二つ以上示す。
- 3 Wで1 ℃、6 Wで2 ℃上がったことを、今回の条件で比べる。
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
観察した三つの現れ方と、測っていない量を分けて説明しましょう。
答えと解説
モーターでは軸の回転、ランプでは光、電熱線では温まりを確かめました。どの装置で何Jが光や熱などに移ったかは、その量を測っていないため決められません。
一つの現れ方を観察しても、ほかにどれだけ移ったかは分かりません。
- モーターの回転、ランプの光、電熱線の温まりをそれぞれ対応させる。
- 各形に移ったエネルギーの量は測っていないと示す。
資料：途中で電力を変える
二つの区間の電力量を別々に求め、全体の電力量を出しましょう。
答えと解説
最初の40秒は3×40＝120 J、次の20秒は6×20＝120 Jです。全体は120＋120＝240 Jです。
60秒間すべてに同じ電力を使ったとは考えません。
- 40秒の区間と20秒の区間を分け、どちらも120 Jと求める。
- 二つの区間を足して全体を240 Jと示す。
資料：時間を分で記録する
30分を時間と秒の両方に直し、同じ電力量をWhとJで書きましょう。
答えと解説
30分は0.5時間なので、20×0.5＝10 Whです。30分は1800秒なので、20×1800＝36 000 Jです。どちらも同じ運転での電力量です。
Whなら時間、Jなら秒で掛けます。
- 30分を0.5時間に直し、20 W×0.5時間を10 Whと求める。
- 30分を1800秒に直し、同じ運転の電力量を36 000 Jと示す。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 電力・時間・発熱をエネルギーの移り変わりとして調べる
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/investigate-electrical-power-time-and-heating-as-energy-transfer/
選択では電力、時間、電力量と単位を確かめます。記述では、比較した条件と、測定や計算から言えることの範囲を講師と確認します。
読む文章・資料
電圧・電流と時間
ある電熱線に一定の6.0 Vを加えると、2.0 Aが流れました。その状態を40秒間保ちました。
入力が同じになる二つの運転
同じ水の量と同じ初めの温度で、加熱Aは6 Wを40秒、加熱Bは3 Wを80秒続けました。水の終わりの温度や、周囲へ移った熱は記録していません。
電力を変えた二つの実験
同じ量の水を同じ容器に入れ、初めの温度20 ℃、加熱時間60秒、かき混ぜ方をそろえました。電力3 Wでは終わりが21 ℃、6 Wでは22 ℃でした。
動くもの、光るもの、温まるもの
小さなモーター、ランプ、電熱線を、それぞれ同じ電力で同じ時間だけ使いました。モーターの軸は回り、ランプは光り、電熱線は温まりました。音や周囲に移った熱の量は測っていません。
途中で電力を変える
一つの装置を、最初の40秒は3 W、その直後の20秒は6 Wで使いました。それぞれの区間では電力は一定でした。
時間を分で記録する
電力20 Wで一定の装置を30分間使いました。1時間は60分で、1分は60秒です。電力量をWhとJの両方で記録します。
水以外に移った熱
電熱線へ入力した電力量は500 Jです。別の測定で、水が受け取った熱量は約350 Jと見積もられました。容器や周囲が受け取った熱量は、それぞれには測っていません。
資料：電圧・電流と時間
この電熱線の電力はどれですか。
- 3 W
- 12 W
- 24 W
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電圧・電流と時間
40秒間の電力量はどれですか。
- 480 J
- 240 J
- 12 J
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：入力が同じになる二つの運転
入力した電力量は、AとBでどうなりますか。
- Aの方が大きい。
- Bの方が大きい。
- AとBで等しい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：入力が同じになる二つの運転
この記録から、水の終わりの温度について言えることはどれですか。
- AもBも終わりの温度が等しいと記録された。
- 入力は同じだが、終わりの温度を比べるには測定が要る。
- Bは加熱時間が二倍なので、終わりの温度もAの二倍と読める。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電力を変えた二つの実験
この記録で、温度の上がり方を比べるために変えた条件はどれですか。
- 電力
- 加熱時間
- 水の量
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電力を変えた二つの実験
観察した温度の上がり方を正しく表したものはどれですか。
- 3 Wで21 ℃上がり、6 Wで22 ℃上がった。
- 3 Wも6 Wも2 ℃ずつ上がった。
- 3 Wで1 ℃、6 Wで2 ℃上がった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
ランプの記録で、電気から移った先として直接確かめたのはどれですか。
- 運動
- 光
- 熱
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
三つの装置の観察をまとめた説明はどれですか。
- 装置により回転、光、温まり方など、現れ方が異なった。
- 入力が同じなら、三つは同じように回転したといえる。
- 電熱線が温まったので、他の装置には電気が入らなかった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：途中で電力を変える
最初の40秒間の電力量はどれですか。
- 43 J
- 160 J
- 120 J
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：途中で電力を変える
二つの区間を合わせた電力量はどれですか。
- 180 J
- 240 J
- 360 J
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：時間を分で記録する
30分間の電力量をWhで表すとどれですか。
- 10 Wh
- 20 Wh
- 600 Wh
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：時間を分で記録する
同じ電力量をJで表すとどれですか。
- 600 J
- 3600 J
- 36 000 J
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水以外に移った熱
水が受け取った熱量として記録したのはどれですか。
- 500 J
- 約350 J
- 約150 J
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水以外に移った熱
容器と周囲に移った熱について、この記録からはどう考えられますか。
- 入力と水が受け取った量の差は約150 Jだが、容器と周囲の内訳は測っていない。
- 約150 Jは容器が受け取った分とし、周囲への移動は0 Jと見積もる。
- 水が約350 Jを受け取ったので、容器も周囲も約350 Jずつ受け取った。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：電圧・電流と時間
電力と40秒間の電力量を、式と単位を使って分けて書きましょう。
資料：入力が同じになる二つの運転
AとBの入力を計算し、水の終わりの温度が等しいといえるか説明しましょう。
資料：電力を変えた二つの実験
そろえた条件を二つ以上挙げ、電力を変えた結果を温度の差で説明しましょう。
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
観察した三つの現れ方と、測っていない量を分けて説明しましょう。
資料：途中で電力を変える
二つの区間の電力量を別々に求め、全体の電力量を出しましょう。
資料：時間を分で記録する
30分を時間と秒の両方に直し、同じ電力量をWhとJで書きましょう。
解答: 電力・時間・発熱をエネルギーの移り変わりとして調べる
12 W
6.0 Vと2.0 Aを掛けます。
480 J
電力12 Wに40秒を掛けます。
AとBで等しい。
Aは6×40、Bは3×80で、どちらも240 Jです。
入力は同じだが、終わりの温度を比べるには測定が要る。
入力の電力量は計算できますが、終わりの温度は測っていません。
電力
60秒、水の量などをそろえて、電力を3 Wと6 Wにしました。
3 Wで1 ℃、6 Wで2 ℃上がった。
終わりの温度から、共通する初めの20 ℃を引きます。
光
ランプについて記録した観察は、光ったことです。
装置により回転、光、温まり方など、現れ方が異なった。
同じ入力条件で、軸の回転、光、電熱線の温まりをそれぞれ観察しました。
120 J
最初は3 Wで40秒なので、3×40＝120 Jです。
240 J
各区間が120 Jずつなので、二つを足します。
10 Wh
30分は0.5時間なので、20×0.5＝10 Whです。
36 000 J
30分は1800秒です。20 Wに1800秒を掛けます。
約350 J
500 Jは入力です。水が受け取った熱は約350 Jと見積もられています。
入力と水が受け取った量の差は約150 Jだが、容器と周囲の内訳は測っていない。
500−350＝150 Jが差です。この記録には容器と周囲を分けた測定がありません。
記述問題の解答・確認の観点
資料：電圧・電流と時間
電力と40秒間の電力量を、式と単位を使って分けて書きましょう。
電力は6.0 V×2.0 A＝12 Wです。その電力を40秒保ったので、電力量は12 W×40秒＝480 Jです。
電力は時間当たり、電力量はこの時間全体の量です。
- 6.0 Vと2.0 Aを掛け、電力を12 Wと求める。
- 12 Wに40秒を掛け、電力量を480 Jと求める。
資料：入力が同じになる二つの運転
AとBの入力を計算し、水の終わりの温度が等しいといえるか説明しましょう。
Aは6×40＝240 J、Bは3×80＝240 Jです。入力は等しいですが、温度や周囲への熱の移り方は測っていないので、終わりの温度が等しいかは分かりません。
入力が等しいことは、別の量が等しい証拠にはなりません。
- Aの6 W×40秒とBの3 W×80秒が、どちらも240 Jと示す。
- 終わりの温度は測っておらず、同じ温度かは判断できないと示す。
資料：電力を変えた二つの実験
そろえた条件を二つ以上挙げ、電力を変えた結果を温度の差で説明しましょう。
水の量と加熱時間をそろえ、初めを20 ℃にしました。3 Wでは1 ℃、6 Wでは2 ℃上がったので、この二回の記録では、電力を大きくした方が温度の上がり方も大きいです。
温度の上昇分は、終わりの温度から初めの温度を引いて求めます。
- 水の量、加熱時間、初めの温度など、そろえた条件を二つ以上示す。
- 3 Wで1 ℃、6 Wで2 ℃上がったことを、今回の条件で比べる。
資料：動くもの、光るもの、温まるもの
観察した三つの現れ方と、測っていない量を分けて説明しましょう。
モーターでは軸の回転、ランプでは光、電熱線では温まりを確かめました。どの装置で何Jが光や熱などに移ったかは、その量を測っていないため決められません。
一つの現れ方を観察しても、ほかにどれだけ移ったかは分かりません。
- モーターの回転、ランプの光、電熱線の温まりをそれぞれ対応させる。
- 各形に移ったエネルギーの量は測っていないと示す。
資料：途中で電力を変える
二つの区間の電力量を別々に求め、全体の電力量を出しましょう。
最初の40秒は3×40＝120 J、次の20秒は6×20＝120 Jです。全体は120＋120＝240 Jです。
60秒間すべてに同じ電力を使ったとは考えません。
- 40秒の区間と20秒の区間を分け、どちらも120 Jと求める。
- 二つの区間を足して全体を240 Jと示す。
資料：時間を分で記録する
30分を時間と秒の両方に直し、同じ電力量をWhとJで書きましょう。
30分は0.5時間なので、20×0.5＝10 Whです。30分は1800秒なので、20×1800＝36 000 Jです。どちらも同じ運転での電力量です。
Whなら時間、Jなら秒で掛けます。
- 30分を0.5時間に直し、20 W×0.5時間を10 Whと求める。
- 30分を1800秒に直し、同じ運転の電力量を36 000 Jと示す。