「電流」 実験と学びのストーリー 4班 桑原幹 杉木拓未 田川綾 田平千夏 新津充 松本祥吾 ５大教科書 実験観察の分析 単元内容に関する実験観察 （ア）回路と電流・電圧 ５社全てが，５つの実験 を行う。 実験１ 回路のつくり方を学ぶ実験 実験２ 直列回路と並列回路別に，電流を測る実験 実験３ 直列回路と並列回路別に，電圧を測る実験 （イ）電流・電圧と抵抗 実験４ 電流と電圧の関係性を見出し，抵抗を理解する実験 （ウ）電気とそのエネルギー 実験５ 電熱線に電流を流し，水の温度を上昇させることをで， 電力を学ぶ実験 実験１ 回路のつくり方を学ぶ実験 教科書会社名 実験題目 実験準備 実験方法 大日本図書 「豆電球に流れる電流 の大きさを調べよう」 電池、豆電球（1.5V用）、電 流計、導線、スイッチ ①豆電流に流れこむ電流をはかる。 ②豆電流から流れ出る電流をはかる。 啓林館 「回路をつくって電流の 流れ方を調べよう」 発行ダイオード（1.5V用）、 スイッチ、豆電球（2.5V用）、 乾電池、導線 ①電流の向きを確かめる。 ②回路のつなぎ方を調べる。 東京書籍 「電気の利用，回路を 作ってみよう」 豆電球，モーター，スイッチ， ①回路をつくる。 乾電池，導線 ②スイッチを入れた時の，モーターや 豆電球を調べる。 教育出版 「回路を流れる電流の 大きさを調べよう」 豆電球（2.5V用）、乾電池、 クリップつき導線、端子、ス イッチ，電流計 学校図書 「回路を流れる電流の 大きさを調べよう」 乾電池、豆電球、スイッチ、 ①回路をつくる。 クリップつき導線、電流計 ②豆電球を通る前の電流をはかる。 ③豆電球を通った後の電流をはかる。 ①回路をつくる。 ②回路に電流が流れることを確かめ る。 ○実験1に関して 実験1は豆電球の前後の電流の大きさをはかる実験である。この実験で使用 する回路はもっとも簡易的な回路であり、今後の学習の基礎となるのでこの実 験をする意味は大いにあると考える。またここで、電流計の扱い方や注意事項 も指摘してあるのがよい。 実験２ 直列回路と並列回路別に，電流を測る実験 教科書会社名 実験題目 実験準備 実験方法 大日本図書 「直列回路や並列回路 を流れる電流を調べよ う」 電池、豆電球（2.5V用と 3.8V用）、電流計、導線、ス イッチ 1 直列回路を流れる電流をはかる。 2 並列回路を流れる電流を はかる。 啓林館 「回路の各点を流れる 電流を調べよう」 電流計、スイッチ、端子、豆 電球（2.5V用と3.8V用）、乾 電池、導線 ①1個の豆電球について調べる。 ②豆電球2個の直列回路について調 べる。 ③豆電球2個の並列回路について調 べる。 東京書籍 「直列回路と並列回路 を流れる電流」 電流計、豆電球（2.5V用と 3.8V用）、電源装置、クリッ プつき導線、スイッチ、 端子 ①回路をつくる。 ②電流計をつないで電流を流す。 ③電流の大きさをはかる。 教育出版 「回路を流れる電流の 大きさを調べよう」 豆電球（2.5V用）、乾電池、 クリップつき導線、端子、ス イッチ 1 直列回路を流れる電流を調べる。 2 並列回路を流れる電流を調べる。 学校図書 「直列回路と並列回路 の電流の大きさを調べ よう」 乾電池、豆電球（2.5V用と 3.8V用）、スイッチ、クリップ つき導線、電流計 1 直列回路 2 並列回路 実験３ 直列回路と並列回路別に，電圧を測る実験 教科書会社名 実験題目 実験準備 実験方法 大日本図書 「回路のいろいろな区間の 電圧をはかる」 電池、豆電球（2.5V用と3.8V用）、 電池、豆電球（2.5V用と3.8V用）、電圧計、 電圧計、導線、スイッチ 導線、スイッチ 啓林館 「回路の各区間に加わる電 圧を調べよう」 電圧計、スイッチ、端子、豆電球 （2.5V用と3.8V用）、乾電池、導 線 ①豆電球2個の直列回路について調べる。 ②豆電球2個の並列回路について調べる。 東京書籍 「直列回路と並列回路に加 わる電圧」 電圧計、豆電球、電源装置、ク リップつき導線、スイッチ、端子 ①回路をつくる。 ②電圧計をつないで電圧を加える。 ③電圧をはかる。 教育出版 「回路にかかる電圧を調べ よう」 豆電球（2.5V用）、乾電池、電圧 計、クリップつき導線、端子、ス イッチ 1 直列回路にかかる電圧を調べる 2 並列回路にかかる電圧を調べる。 学校図書 「豆電球の直列回路と並列 回路の電圧を調べよう」 乾電池、豆電球（2.5V用と3.8V 1 直列回路 回路の各点の電圧をはかる。 用）、スイッチ、クリップつき導線、 電圧計 2 並列回路 回路の各点の電圧をはかる。 ○実験2・実験3に関して 5社とも直列回路と並列回路の様々な点の電流の大きさをはか る実験が位置付けられている。この実験は、電流の流れ方の違い や概念を学習するうえで適切な実験と言える。 実験４ 電流と電圧の関係性を見出し，抵抗を理解 する実験 教科書会社名 実験題目 実験準備 実験方法 大日本図書 「電熱線にかかる電圧を変 えて電源の変化を調べよ う」 ２種類の電熱線（長さが同じ，太 さが違う），電流計，電圧計，電 源装置，導線スイッチ ①回路を組み立てる（図で示される） ②電熱線Aにかかる電圧を変えて電流をは かる。電熱線Bにかかる電圧を変えて電流 をはかる。 啓林館 「電圧と電流との関係を調 べよう」 二種類の抵抗，電源装置，電流 計，電圧計，スイッチ，導線，グ ラフ用紙 ①抵抗器アを使って，回路を作る ②電源装置で抵抗器アに加える電圧を変 化させる，その時の電圧をはかる。 ③抵抗器アをイに変えて，同様に調べる。 東京書籍 「電圧を変化させたときの 電流の大きさ」 電熱線または抵抗器（２種類）、 電圧計、電流計、電源装置、ク リップ付き導線、スイッチ ①回路をつくる。 ②電圧計のメモリが2.0Vになるように、電源 装置で回路に電圧を加え、そのときの電流 の大きさを読み取り、表に記入する。 ③電熱線に加える電圧を変えて、それぞれ の電流の大きさを調べる。 ④別の電熱線にかえて、同じ操作を行う。 教育出版 「電熱線にかかる電圧と流 れる電流の大きさとの関係 を調べよう」 電熱線Ａ（300Ｗ用），電熱線Ｂ （500Ｗ用），電源装置，電流計， 電圧計，クリップ付導線，スイッ チ ①回路をつくる。 ②電源装置で，電流の大きさを測定する。 ③電熱線にかかる電圧を調整して，それぞ れの場合の電流の大きさを測定する。 ④電熱線ＡをＢに変えて同じように測定す る。 学校図書 「電圧と電流の関係を調べ よう」 電源装置，電熱線または抵抗 器（二種類），スイッチ，クリップ 付導線，電流計，電圧計 ①回路を作る ②電熱線Ａにかかる電圧を変え，電流の大 きさをはかる。 ③電熱線ＡをＢに変え，同じ実験を行う。 ○実験4に関して 測定の回路はイラストと回路図で表され、実験方法は、どの教科書もほぼ同じである。 実験準備に関しては、啓林館のみ「グラフ用紙」を使用道具として挙げている。これは 電流と電圧の関係をグラフに表し、比例の関係を見出すために大切なことであると考 える。また、加える電圧の値は教科書ごとにばらつきがある。より理想的な結果となる ものを使用することが大切である。安全面では、電熱線が発熱することへの注意書き が必要である。 実験５ 電熱線に電流を流し，水の温度を上昇さ せることをで，電力を学ぶ実験 教科書会社名 実験題目 実験準備 実験方法 大日本図書 「電圧を変えたときの水の 温度変化を調べよう」 発泡ポリスチレンのコップ，リー ド線着き電熱線，電源装置，ガ ラス棒，電流計，電圧計，導線， 温度計，時計，スタンド ①装置を組み立て水温をはかる ②電圧を一定にして電流を流す 一分ごとの水温をはかる。 啓林館 「電熱線の発電量が何に よって決まるのか調べよう」 三種類のヒーターA（抵抗２Ω）B （４Ω）C（６Ω），ポリエチレンの ビーカー，メスシリンダー，温度 計，かき混ぜ棒，電源装置，電 流計，電圧計，スイッチ，スタン ド，時計，導線，発泡スチレンの 板，くみ置きの水，グラフ用紙 ①ポリエチレンのビーカー３個にそれぞれく み置きの水100ｇを入れる。 ②ヒーターＡを使って，装置を作る ③スイッチを入れ，電熱線に加える電流を６ Ｖに調節して，電流の強さを測定する。 ④水をゆっくりかき混ぜながら，１分ごとに ５分間，水温を測定する。 ⑤ビーカーを別のものに変え，ヒーターＢや ヒーターＣに６Ｖの電圧を加えた場合につい ても同様に調べる。 東京書籍 「電熱線の発熱量を決める もの」 電熱線（導線付きで、ワット数の わかっているものを三種類）、発 泡ポリスチレンのカップ、自在ば さみ、メスシリンダー、スタンド、 時計、ガラス棒、温度計、電源 装置、電流計、電圧計、スイッチ、 クリップ付導線 ①発泡ポリスチレンのカップを三個用意し て、それぞれのカップに水100ｇを入れる。 室温と同じくらいの温度になるまで放置して おき、そのときの水温を調べて記録する。 ②電熱線で回路を作り、6.0Ｖの電圧を加え、 同時に電流の値を読んで記録する。 ③ときどきかき混ぜながら、１分ごとに水温 を記録し、５分間測定する。 ④ほかの電熱線についても、同様の測定を 行う。 教科書会社名 実験題目 実験準備 実験方法 教育出版 「水の上昇温度は，電流を 流した時間や電力とどのよ うな関係があるか調べよう」 実験用ヒーター（６Ｖ－６Ｗ，６Ｖ －９Ｗ，６Ｖ－18Ｗの３種類）， フォームポリスチレン製のコップ， 電源装置，クリップ付導線，ス イッチ，メスシリンダー，スタンド， ガラス棒，温度計，時計 ①班ごとに実験用ヒーターを一つ分担する。 ②コップに100ｇの水を入れて，実験装置を 組み立てる。 ③実験前の水温を記録したら，電源装置で ６Ｖの電圧をかける。 ④ときどき水をかき混ぜながら1分ごとに５ 分まで水温を測定し記録する。 ⑤１～５分のそれぞれについて，水の上昇 温度を計算する。 学校図書 「電熱線の発熱のようすを 調べよう」 発泡ポリスチレンの容器と板， 実験用ヒーター，電流計，電圧 計，電源装置，クリップ付導線， スイッチ，温度計，スタンド，メス シリンダー，時計 ①実験用ヒーターを用意し，グループに一 本ずつ配る。また，ヒーターにかける電圧の 大きさを３Ｖ，６Ｖ，９Ｖの範囲で分担する。 ②発泡ポリスチレンの容器に水を100ｇ入れ てしばらく置き，温度をはかる。 ③装置を組み立てる ④グループごとに分担した電圧をヒーター にかけ，このとき流れる電流の大きさをは かる。 ⑤電流を流し始めてから，１分ごとに５分後 までの水の温度をはかる。 ○実験5に関して 測定の回路はイラストと回路図で表され、実験方法は、どの教科書もほぼ同じである。 準備するものが多いため、準備と片付けに時間を取らないでよい工夫をし、必要な教材 を考える。安全面では、電熱線が発熱することへの注意、発砲ポリスチレンのカップが変 形しないような注意が必要である。５社すべてが、室温と同じ水を使用するため。そのた めの準備が考えられる。様々な条件から、比較と考察が行えるようにするべきであると 考え、その中でいかに授業時間内で終わらせるかが大切である。 実験１ 電流の大きさ 目的 回路に流れる電流はどこも同じ大きさであることを理解すること。 方法 回路に電流を流し，Ｉ₁，Ｉ₂を調べる。 ・豆電球に流れ込む電流の大きさ(Ｉ１) ・豆電球から流れ出る電流の大きさ(Ｉ２) Ｉ₂ ← 結果 Ｉ₁ Ｉ₂ 0.3Ａ 0.3Ａ ⇨Ｉ１＝Ｉ２ 回路に流れる電流はどこも同じ大きさである Ｉ₁ ← A 実験２ 直列回路・並列回路に流れる電流 目的 豆電球を２つつなぎ，直列回路，並列回路で電流の大きさはどのようになるか調べる。 方法 ①直列回路のＩ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の大きさを調べる。 ・豆電球１に流れ込む電流の大きさ（Ｉ１） ・豆電球１と２の間の電流の大きさ（Ｉ２） ・豆電球２を流れ出た電流の大きさ（Ｉ３） 結果 Ｉ₁ Ｉ₂ Ｉ₃ 0.2Ａ 0.2Ａ 0.2Ａ ⇨Ｉ₁＝Ｉ₂＝Ｉ₃ 直列回路に流れる電流はどこも同じであ る。 Ｉ₃ ← Ｉ₂ ← Ｉ₁ ← 実験２ 直列・並列回路に流れる電流 ②並列回路のＩ₁，Ｉ₂，Ｉ₃，Ｉ₄の大きさを調べる。 ・豆電球１，２に流れ込む電流の大きさ（Ｉ１） ・豆電球１を流れ出た電流の大きさ（Ｉ２） ・豆電球２を流れ出た電流の大きさ（Ｉ３） ・豆電球１，２を流れ出た電流の大きさ（Ｉ４） 結果 I₁ Ｉ₂ Ｉ₃ Ｉ₄ 0.63Ａ 0.25Ａ 0.37Ａ 0.63Ａ ⇨ Ｉ₁＝Ｉ₂＋Ｉ₃＝Ｉ₄ 並列回路に流れる電流は，回路の途中で分かれたＩ₂とＩ₃の和は， 分かれる前のＩ₁，再び一緒になったＩ₂と等しい。 ☆直列回路でも並列回路でも，流れる電流は途中でなくならない。 ちなみに、乾電池を直列・並列にすると・・・ 直列つなぎの ほうが明る い！ 直列にすると 電流が多く流れる 1個・・・0.28A 直列・・・0.4A 並列・・・0.3A 目的 実験３ 直列回路・並列回路にかか る電圧 豆電球を２つつなぎ，直列回路，並列回路で電圧の大きさはどのようになるか調べる。 方法 ①直列回路のV₁，V₂，V₃の大きさを調べる。 ・回路全体にかかる電圧の大きさ（V１） ・豆電球１にかかる電圧の大きさ（V２） ・豆電球２にかかる電圧の大きさ（V３） ・電池にかかる電圧の大きさ（V₄） 結果 V₁ V₂ V₃ V₄ 1.3 0.6 0.7 1.3 V₁ V₃ V ₂ ⇨ V₁＝V₂＋V₃＝V₄ 直列回路ではそれぞれの豆電球にかかる電 圧の和が電池の電圧に等しい。 V₄ ②並列回路のV₁，V₂，V₃，V₄の大きさを調べる。 ・回路全体にかかる電圧の大きさ（V₁） ・豆電球１にかかる電圧の大きさ（V₂） ・豆電球２にかかる電圧の大きさ（V₃） ・電池の電圧の大きさ（V₄） 結果 V₁ V₁ V₂ V₃ V₄ 1.3 1.3 1.3 1.3 ⇨V₁＝V₂＝V₃＝V₄ 並列回路において，それぞれの豆電球にかかる電圧は，すべて 同じ大きさで，電池の電圧に等しい。 V₂ V₃ V₄ ちなみに、乾電池を直列・並列にすると・・・ 直列つなぎの ほうが明る い！ Ｖ 直列にすると 電圧がかかる 1個・・・1.2V 直列・・・2.45V 並列・・・1.45V Ｖ 実験４ 電熱線にかかる電圧と電流の関係 （抵抗，オームの法則） 方法 ①抵抗（１０Ω・２０Ω・３０Ω）に1Vから1Vずつ電圧を上げていき5Vまでの 電圧における電流の大きさを調べる。 ②グラフにして関係性を見出す。 Ｖ 10Ω・20Ω・30Ω Ａ 電熱線にかかる電圧と電流の関係 抵抗にかかる電圧と電流の関係 2.5 0.6 2.2 0.5 2 0.5 0.39 電 0.4 流 Ｉ 0.3 （ Ａ 0.2 ） 0.1 1.79 0.29 0.25 0.2 0.19 0.13 0.05 0.035 0.1 0.07 0.15 0.1 0.17 0.13 電 1.5 流 Ｉ （ 1 Ａ 1.4 1.2 1 1 0.7 ） 0.5 0.5 0.5 0.25 0 1 2 3 4 電圧Ｖ（Ｖ） 10Ω 20Ω 5 0 1 2 3 4 電圧Ｖ（Ｖ） 30Ω 2Ω ほぼ理論値通り 4Ω 5 やってみよう ２つの抵抗をつないだ時の 抵抗の大きさを調べよう 方法 抵抗１０.1Ωを直列や並列につないだ時の全体の 抵抗の大きさをテスターを使って調べる。 5.2Ω 20．2Ω 直 列 並列 直列では2倍になり、 並列では1/2倍になる。 実感を伴った理解・・・ 乾電池⇒手回し発電機 豆電球⇒モーター（プロペラ） 抵抗が大きくなるほど手回し発電機を 速くたくさん回さなければならない。 実験５ 電圧をかえた時の水の温度変化 目的 電熱線の熱による水の温度変化と 電圧・抵抗との関係を知ること 方法 ①回路をつくり，電熱線（20Ω）に電圧（3Ｖ，4Ｖ，5 Ｖ，6Ｖ）をかけ，電流を流す。 ②1分ごとに温度を測り，5分後に電流を止める。 ③グラフにして，関係性を見出す。 ④電力量と熱量を比較する。（電力量＝熱量） 電力量（電熱線の発熱量）（W/ｓ）＝電力（Ｗ）× 時間（ｓ） 熱量（J）＝4.2×水の質量（ｇ）×水の上昇した温 度（℃） 水道水の温度変化 蒸留水の温度変化 4 3 3.5 2.5 3 温 度 2.5 上 2 昇 （ 1.5 ） 1 ℃ ℃ 温 度 2 上 1.5 昇 （ 1 ） 0.5 0.5 0 0 0 1 2 3 4 5 0 1 2 時間（分） 3V 4V 5V 3 4 5 時間（分） 6V 3V 3V 4V 5V 6V 電力量（Ws） １４４ ２５６ ４００ ５７６ 熱量（J） ２９４ ４６２ ９６６ １４２８ 4V 5V 6V 3V 4V 5V 6V 電力量（Ｗs） １４４ ２５６ ４００ ５７６ 熱量(J) ３７８ ５８８ ７１４ １００８ 電力量＜熱量 となり，理論値にならない！！ どうしたら理論値になるのか・・・ ☆容器を変えて同じように実験を行ってみる。 発泡スチロールの コップ 紙コップ 発砲ポリスチレン のコップ 様々な容器での水の温度変化 ℃ 温 度 上 昇 （ ） 7 6 5 4 3 2 1 0 5.9 5.1 4.1 2.9 1.7 0 0 1 2 3 4 5 時間（分） 発泡スチロールのコップ この中では， 紙コップが一番 理論値に近い 紙コップ 発泡スチレンのコップ 1分 2分 3分 4分 5分 電力量（Ws） 360 720 1080 1440 1800 発泡スチロールのコッ プの熱量（J） 714 1218 1722 2142 2478 紙コップの熱量（J） 462 882 1218 1638 2352 発泡スチレンのコップ の熱量（J) 84 882 1554 2058 2352 どれも理論 値から差が 出た 生活の中で・・・ ①電球のW数による違いは何だろう。 19W ３８W ５７W W数が大きくなるほど明るい ②電気ケトルによる違いは何だろう。 1250W 1000W 学びのストーリー 直列，並列回 回路 路や回路図 実験結果か ら，電流の流 れにくさ 抵抗 電流は回路に どのように流れ るか 電流 電圧は回路 にどのよう にかかるか 電圧 電流と電圧 二つの関係性 電気器具のはたらきとし 電気とそのエネルギー て，電力や電力量 五社ともに同じ流れ 電流 接 続 電圧 (図１ 電池一つの回路) (図２ 電池二つの回路) 豆電球の明るさが違う 電圧 電圧とか関係なく，電 池が二つになれば，電 気の量も増えて一つ のときよりより明るい のは当たり前では？ 電流と電圧の，学習の接続 提案する接続 １，５Ｖの 電池 比較 ９Ｖの電池 数が同じだか 豆電球の ら，電流を流 明るさが違 す力の大きさ う！ が違うのでは (東京書籍の実験) 電圧 電流を流す力の大きさ ベターな学びのストーリー 電流の向きと直列つなぎ，並列つ 復習 なぎについて説明する。 回路 回路図，回路の定義について説明する。 電流計の使い方を学習したのちに，各 電流 回路に流れる電流の値を求める。 導入部分で，演示実験から生徒に電圧 について捉えさせる。その後，電圧計の 電圧 使い方を学習し，各回路にかかる電圧を 調べる。 各回路の電圧と電流について今まで 用いた実験器具のほかに電源装置 電流と電圧の関係 やデジタルテスターをつかって実験す る。 電流と電圧の関係から流れにくさが あることを捉え，直列，並列時の抵 抵抗 抗の値について，実際に実験を行っ て学習する。 電力，電気量だけ捉えるのではなく，身のまわ 電気とそのエネルギー りの電気用品の仕組みやエネルギーを大切に するための暮らしの工夫を考えさせる。
© Copyright 2024 ExpyDoc
