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直列回路と並列回路の違いを学ぶ演示教材2 ワット編

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前回は直列回路と並列回路の違いについて演示実験装置を使って説明しました。今回は電力についてです。

直列と並列の電力、明るさの関係性を学ぶ

まず、ワット数の異なる電球を用意します。

40Wの電球

100Wの電球

LEDの普及により、裸電球の生産が中止されたというニュースを見ました。壊れたら手に入らないので、大切にしなければいけませんね。

並列回路

まずは並列回路です。40Wと100Wの電球を並列につなぎます。どちらの電球が明るいかオームの法則を元に考えさせます。

並列なので、どちらの電球にも100Vの電圧がかかります。電球のW数は100Vの電圧がかかったときの電力を表しているので、点灯させると・・・

点灯

100Wの電球の方が明るく光ります。

ちなみに流れる電流の値は

100W電球が100W÷100V=1A

40W電球が40W÷100V=0.4A

になります。

直列回路

次に直列回路です。並列でワットについてしっかりと理解できていれば、どのような結果になるか予想を立てることができるはずです。

40Wと100Wの電球を直列につなぎます。どちらの電球が明るいかオームの法則を元に考えさせます。

どちらの電球が明るく光るか予想を立てさせて挙手させます。そしていざ点灯!

点灯

「なに〜っ!?40Wの方が明るいだとぉ!」

となればしめたものです。

「なぜ?」と思わせる問が子どもの知的好奇心をくすぐり、学ぶ楽しみを教えてくれます。

結果:40Wの電球だけが点灯する。

考察:・・・

ここで考察させる時間をしっかりととりたいです。せっかく子どもに生まれた「なぜ?」を大人が摘み取ってはいけません。

仮説を立てさせたのち

「オームの法則を元にこの謎を解明してみよう」

が次のねらいとなるはずです。

まとめ

明るさはWによって求まるので、まずは2つの電球のW数を調べようということになります。

Wを求めるには電圧と電流が必要です。さらに電流を求めるためには各電球の抵抗値も必要です。

並列回路の実験から電球の抵抗値は

100W→100V÷1A=100Ω

40W→100V÷0.4A=250Ω

となります。

この抵抗値を直列で考えます。

合成抵抗は100Ω+250Ω=350Ωとなり回路全体の電流は

100V÷350Ω≒0.3A

電球の抵抗値からそれぞれの電球にかかる電圧は

100W電球→0.3A×100Ω=30V

40W電球→0.3A×250Ω=75V

よって直列回路の電球のW(ワット)の値は

100W電球→0.3A×30V=9W

40W電球→0.3A×75V=22.5W

となります。40Wの電球の方が明るい(点灯する)理由を説明することができました。

探求する活動って本当に楽しいです。理科は探求活動の塊です。

理科を通して、探求する楽しさを子どもたちに伝えていきたいと改めて感じました。

ふたばのブログが本になりました。

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自己紹介(PROFILE)

窪田 一志

窪田 一志

1986年生まれ、近畿大学農学部卒業、理科コア・サイエンス・ティーチャー(CST)養成課程修了
家庭教師、個別指導、塾講師を経て、神奈川県で5年間中学校理科教師として勤務。現在は大阪府の公立中学校で理科の楽しさを子どもたちに伝えるため日々奮闘中。
教材や教具、デジタル教材の開発、効果的なICT機器の活用方法、カードゲームや問題解決を通してのコミュニケーション能力の育成など自らの実践に基づいた教育活動を展開中。
ブログのアクセス数は月7万pvを超え、中学理科の授業情報をまとめた書籍「100均グッズからICTまで 中学校理科アイテム&アイデア100」を明治図書から出版。また、ブログがアプリ化されるなど勢いのある教育研究者 兼 教育実践者。
先生向け情報サイト「ふたばのブログ」の他、反転学習や、家庭学習に利用できるオンライン学習サイト「ふたば塾」を運営。
記事執筆、研修・講演依頼、書籍化についてはお問い合わせフォームからお願いします。

【著書】
100均グッズからICTまで 中学校理科アイテム&アイデア100[明治図書出版]
【協力実績】
株式会社 NHKエデュケーショナル
国立科学博物館
株式会社 朝日新聞社 企画事業本部文化事業部
株式会社 高純度化学研究所
株式会社 アスウム
株式会社 学映システム
東京学芸大学 理科教育学分野
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