この実験について
懐中電灯、ドアベル、おもちゃの車には、どれも同じものが必要です。電池の一方の端から機器を通り、もう一方の端に戻る、途切れのない回路です。この実験では、子どもたちが導線を使って電池、電球、スイッチをつなぎ、どのつなぎ方なら動くのかを自分で確かめます。4つのパズルで、電球の同じ部分に2本の導線をつなぐ、回路にすき間がある、スイッチが切れている、2つの電球が同じ経路を共有するといった、よくある間違いを見ていきます。
学習目標
- 電球が光る簡単な回路を作る
- 回路はすき間のない、途切れのない輪になっていなければならないと説明する
- 電球の2つの接点を見つけ、両方を使わなければならない理由を説明する
- スイッチを使って回路をつないだり切ったりする
- 電池や電球を追加すると、電球の明るさがどのように変わるか説明する
使い方
- 1何かに触れる前に、こう尋ねてみましょう。「電球を1つ光らせるには、導線が何本必要だと思いますか？」予想を書きましょう。
- 2電球が光る回路を作りましょう。その後、導線1本だけで光らせられるか試してみましょう。できますか？
- 3パズル1に挑戦しましょう。導線は電球のどこに触れていますか？電球が光るように、導線を1本動かしましょう。
- 4パズル2とパズル3に挑戦してください。それぞれの故障の原因を一文で説明してください。
- 5スイッチを、正しく動作している回路に加えてください。回路のどの位置に入れても問題ないでしょうか？
- 6電池を1個にしてから、3個にしてください。電球はどうなりますか？電球に電圧が書かれているのはなぜでしょうか？
- 7パズル4に挑戦してください。2つの電球が両方とも明るく光るように配線する方法を見つけてください。
モデル
前提条件
- 電池1個の電圧は1.5 Vです。電球は2.5 V、0.3 Aの懐中電灯用電球で、抵抗が一定とみなされるため、明るさは電流に応じて変わります。
- 導線には抵抗がありません。＋と−を導線で直接つなぐと短絡が起こり、電池が熱くなって、ほかのものは何も動作しません。
- 電球には2つの接点があります。底の先端部分と、金属製のねじ込み式の外側部分です。ガラスの内側でフィラメントがこの2つをつないでいます。
- 電流が定格の約1.6倍を超えると、電球は切れます。実際のフィラメントにはばらつきがあります。
授業で試してみましょう
- Q1電球には、なぜ1本だけではなく2本の導線が必要なのでしょうか？
- Q2懐中電灯が点きません。考えられる原因を3つ挙げてください。
- Q3電池の両端をただの導線でつなぐと、なぜ危険なのですか？
- Q4直列につないだ2個の電球は、1個だけの電球より暗くなります。なぜですか？
- Q5回路を完成させるために導線の代わりに使える材料を3つと、使えない材料を3つ挙げてください。
よくある質問
この実験では、導線に沿って動くダッシュ線は何を表していますか？
ダッシュ線は、回路が正しくつながっている部分の導線を示しています。実際の導線の中では、何かが動く様子を見ることはできません。電子と呼ばれる小さな荷電粒子が、回路全体の金属の中を同時に移動しています。
学校で短絡を試しても安全ですか？
小さな電池1個の場合、電池と導線が温かくなり、電池が消耗するだけですが、わざと行うべきではありません。非常用電源の電気や充電式電池では絶対に行わないでください。非常に熱くなったり、発火したりすることがあります。
パズル4はどのようにつなげばよいですか？
各電球から電池まで、それぞれ専用の経路を作ります。電池の＋極から各電球の先端へ1本、各電球の側面から−極へ1本、電線をつなぎます。これは並列回路と呼ばれます。各電球には電池の電圧がそのままかかるため、どちらも明るく光ります。