問題

2　同じ豆電球を2つと、かん電池、スイッチ、導線をそれぞれ1つずつ用意した。これらの部品は、記号を用いて図1のように表す。次の実験1、実験2について、後の各問いに答えなさい。

【実験1】図2－①の3つのたんじ間に部品を接続する。ただし、1つのたんじ間には、1つの部品しか接続しない。図2－②は、スイッチを入れる前の豆電球はつかないが、スイッチを入れるとついた。図2－③は、スイッチがないので2つの豆電球は同じ明るさでついたままで、それぞれの明るさはスイッチを入れた図2－②の豆電球より暗かった。図2－④は、スイッチを入れると危険なので試さなかった。

【実験2】図3－①の6つのたんじ間に部品を接続する。ただし、1つのたんじ間には、1つの部品しか接続しない。まず、図3－②のように1つの豆電球をAB間に、かん電池をBC間に接続し、これを基本形とする。この基本形に、もう1つの豆電球の配置を考えると、図3－③から⑥のように4通りあることがわかった。この4通りに、残っているスイッチと導線の両方を接続したときの豆電球のつき方を調べた。

1．【実験2】において、スイッチと導線をどのように接続しても、スイッチを入れたときに、図2－④のような危険なことが起こらないのは次のうちどれですか。2つ選びなさい。
ア　図3－③　　イ　図3－④　　ウ　図3－⑤　　エ　図3－⑥

2．【実験2】において、前問の1で選んだものにスイッチと導線を接続したとき、どのように接続しても、スイッチを入れる前と入れた後で2つの豆電球のうち1つでもつき方が異なる結果が得られるのはどれですか。すべて選びなさい。ただし、つき方が異なるとは、「消えていたものがつく」、「ついていたものが消える」、「ついていたものの明るさが変化する」ことをさす。
ア　図3－③　　イ　図3－④　　ウ　図3－⑤　　エ　図3－⑥

出典：筑波大駒場中学校『2025年度入学試験問題 理科』大問2（問題図・表を含む）

解答：1．イ・エ
2．イ

この大問では、豆電球の点灯を考える前に、乾電池を短絡する経路がないかを調べます。実験1の図2－④では、スイッチを入れると、乾電池の両端が豆電球を通らずに直接つながります。大きな電流が流れて危険になるため、実際に試してはいけません。

問1では、図3－③から⑥まで、空いている端子間にスイッチと導線を接続する場合を順に調べます。乾電池はBC間にあるので、Bから豆電球を通らずにCへ戻る経路ができるかを、図に書き込みながら確かめます。

図3－③と図3－⑤では、接続のしかたによってB－D－Cがスイッチと導線だけでつながり、短絡が起こります。図3－④と図3－⑥では、どの接続でも短絡する経路はできません。したがって、問1の答えは④と⑥に当たるイとエです。③と⑤は短絡する接続を一つ見つければ除けますが、④と⑥についてはすべての場合を調べなければなりません。

問2では、問1で残った図3－④と図3－⑥を比べます。スイッチを入れる前と後で、二つの豆電球の少なくとも一方に、点灯、消灯、明るさの変化が必ず起こるかを調べる問題です。図3－④では、スイッチと導線をどのように接続しても、少なくとも一方のつき方が変わります。

一方、図3－⑥には変化しない接続があります。AC間を導線、AD間をスイッチにすると、スイッチを入れる前後とも、AB間の豆電球は同じ明るさでつき、CD間の豆電球は消えたままです。「どのように接続しても」という条件は、反例が一つあれば成り立ちません。問2の答えは、図3－④に当たるイだけです。

前半では乾電池を短絡する経路の有無を調べ、後半では安全な配置に絞って点灯状態を比べています。どちらも、端子から端子へ電流の通り道を一本ずつたどる問題です。