理科中学2年「電流とその利用」「化学変化と原子・分子」の解説

中学2年の理科でつまずきやすい2つの単元を扱います。「電流とその利用」は計算の手順が決まっている単元で、公式の意味を理解すれば確実に得点できます。「化学変化と原子・分子」は、目に見えない粒子の組み合わせで化学変化を考える単元です。どちらも「理由と手順」で整理していきます。

1．電圧・電流・抵抗とオームの法則

回路を流れる電気については、3つの量を区別することが大切です。

電流 I（単位：A、アンペア）… 回路を流れる電気の量の目安です。
電圧 V（単位：V、ボルト）… 電流を流そうとするはたらきの強さです。電池がこのはたらきを生みます。
抵抗 R（単位：Ω、オーム）… 電流の流れにくさです。電熱線や豆電球など、電流が通る部分には抵抗があります。

この3つの関係を表すのがオームの法則です。

V（電圧）＝ I（電流）× R（抵抗）

なぜこの形になるのかを、意味から確認しましょう。電圧を大きくすると、それに比例して電流も大きくなります（電圧2倍で電流も2倍）。一方、抵抗が大きい部分ほど電流は流れにくくなります。つまり電流は「電圧に比例し、抵抗に反比例する」ので、I ＝ V ÷ R と書けます。これを変形したものが V ＝ I × R で、さらに R ＝ V ÷ I という形も使います。求めたい量に合わせて、3つの形から選ぶのが計算のコツです。

計算例1：抵抗が 4Ω の電熱線に 2A の電流が流れているとき、この電熱線の両端にかかる電圧は何Vでしょう。

求めたいのは電圧 V なので、公式 V ＝ I × R を使います。
数値を代入します。V ＝ 2（A）× 4（Ω）。
計算すると V ＝ 8。単位を付けて答えます。

答え：8V

計算例2：抵抗が 6Ω の抵抗器に 12V の電圧をかけたとき、流れる電流は何Aでしょう。

求めたいのは電流 I なので、公式を変形した I ＝ V ÷ R を使います。
数値を代入します。I ＝ 12（V）÷ 6（Ω）。
計算すると I ＝ 2。単位を付けて答えます。

答え：2A

学習のポイント：計算問題は「①公式を書く → ②代入する → ③計算する → ④単位を付ける」の順で進めると、途中で迷いにくくなります。答えの単位（V・A・Ω）を書き忘れると減点されることもあるので、最後に必ず確認しましょう。

2．直列回路と並列回路のルール

抵抗のつなぎ方には、1本道の直列回路と、枝分かれのある並列回路があります。電流・電圧・全体の抵抗（合成抵抗）のルールは次の表の通りです。

項目	直列回路	並列回路
電流	回路のどの点でも等しい（I ＝ I₁ ＝ I₂）	枝分かれした電流の和が全体の電流（I ＝ I₁ ＋ I₂）
電圧	各抵抗にかかる電圧の和が電源の電圧（V ＝ V₁ ＋ V₂）	各抵抗にかかる電圧はすべて等しく、電源の電圧に等しい（V ＝ V₁ ＝ V₂）
合成抵抗	各抵抗の和（R ＝ R₁ ＋ R₂）。つなぐほど大きくなる	各抵抗の逆数の和の逆数（1/R ＝ 1/R₁ ＋ 1/R₂）。どの抵抗よりも小さくなる

理由で覚えると忘れにくくなります。直列は道が1本しかないので、電流はどこでも同じ量が流れ、電圧は各抵抗で「分け合う」形になります。並列は道が増えるので電流が流れやすくなり、全体の抵抗はそれぞれの抵抗より小さくなります。並列つなぎで豆電球が明るく、電池が早くなくなるのはこのためです。

例：4Ω の抵抗と 6Ω の抵抗を直列につなぎ、10V の電源に接続しました。回路を流れる電流は何Aでしょう。

直列なので、合成抵抗は R ＝ 4 ＋ 6 ＝ 10Ω です。
オームの法則 I ＝ V ÷ R に代入します。I ＝ 10 ÷ 10 ＝ 1。
直列回路では電流はどこでも等しいので、どちらの抵抗にも 1A が流れます。

答え：1A

ちなみに、同じ2つの抵抗を並列につなぐと合成抵抗は 1/R ＝ 1/4 ＋ 1/6 ＝ 5/12 より R ＝ 12/5 ＝ 2.4Ω となり、4Ω よりも小さくなることが確認できます。

3．原子と分子の考え方

すべての物質は、目に見えないほど小さな粒子の集まりとして考えることができます。この考え方が、化学変化を理解する土台です。

原子… 物質をつくるもとになる小さな粒子です。化学変化では、それ以上に分けることができません。原子には水素・酸素・炭素・銅・鉄などの種類（元素）があり、種類ごとに性質や質量が決まっています。種類は H（水素）、O（酸素）、C（炭素）、Cu（銅）、Fe（鉄）のような元素記号で表します。
分子… いくつかの原子が結びついてできた粒子で、その物質の性質を示す最小の単位です。たとえば水素分子は水素原子2個（H₂）、酸素分子は酸素原子2個（O₂）、水分子は水素原子2個と酸素原子1個（H₂O）からできています。
化学式… 物質を、原子の記号と数で表したものです。右下の小さな数字は、その原子の個数を表します。

学習のポイント：化学変化とは、原子の組み合わせが変わることです。変化の前後で原子そのものが新しく生まれたり消えたりすることはなく、種類と総数は変わりません。だから化学反応式では、矢印の左右で各原子の数をそろえる必要があります。

4．化学反応式のつくり方と例

化学変化を化学式で表したものを化学反応式といいます。つくり方の手順は次の通りです。

変化の前のもとの物質（反応物）を左に、変化の後の物質（生成物）を右に書き、矢印（→）でつなぎます。
左右で、各原子の数を数えます。
数が合わないときは、化学式の前に係数（大きな数字）をつけて数をそろえます。化学式そのもの（右下の小さな数字）は決して変えません。

例1：水素の燃焼（2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O）

水素が酸素と反応して燃えると、水ができます。まず H₂ ＋ O₂ → H₂O と書くと、酸素原子は左が2個、右が1個で合いません。

右の水を 2H₂O とすると、酸素原子は左右とも2個でそろいます。
しかし今度は水素原子が右で4個になるので、左も 2H₂ にして4個にそろえます。
確認：水素左4・右4、酸素左2・右2。左右で一致しました。

2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O

例2：酸化銅の還元（2CuO ＋ C → 2Cu ＋ CO₂）

黒色の酸化銅を炭素の粉末と混ぜて加熱すると、炭素が酸化銅から酸素をうばい、銅と二酸化炭素ができます。酸素をうばわれる変化を還元といいます。まず CuO ＋ C → Cu ＋ CO₂ と書くと、酸素原子は左が1個、右が2個で合いません。

左の酸化銅を 2CuO として、酸素原子を2個にそろえます。
すると左の銅原子が2個になるので、右の銅も 2Cu とします。
確認：銅左2・右2、酸素左2・右2、炭素左1・右1。左右で一致しました。

2CuO ＋ C → 2Cu ＋ CO₂

まとめ：この単元の確認ポイント

オームの法則 V ＝ I × R を、求める量に応じて変形して使えるようにする。
直列は「電流が同じ・電圧は和」、並列は「電圧が同じ・電流は和」と、対にして覚える。
化学反応式は、左右の原子の数を係数でそろえる。化学式自体は変えない。
還元は「酸素をうばわれる変化」。酸化とセットで理解する。