電気でんきの はたらき + 電気でんき自動車じどうしゃ

この章しょうで学まなぶこと

第だい 3 学年がくねんで「電気でんきの通とおり道みち (回路かいろ)」 を学まなびました。 4 年ねん生せいではそれを一いち歩ほ進すすめて、 乾電池かんでんちのつなぎ方かたを変かえると電気でんきの強つよさがどう変かわるか をしらべます。 ものづくりで 電気でんき自動車じどうしゃ を作つくり、 自分じぶんの手てで動うごかしてみましょう。

• 乾電池かんでんちの数かずやつなぎ方かたで電流でんりゅうが変かわる ことを知しる
• 直列つなぎちょくれつつなぎ (たてにならべる) と 並列つなぎへいれつつなぎ (よこにならべる) を区別くべつできる
• 簡易検流計かんいけんりゅうけい で電流でんりゅうの向むきと大おおきさを測はかれる
• 発光ダイオードはっこうだいおーど (LED) は電流でんりゅうの向むきで 「光ひかる・光ひからない」 があることを知しる
• 回路図記号かいろずきごう で回路かいろを表あらわせる
• ものづくり: 電気でんき自動車じどうしゃ を作つくって、 つなぎ方かたで速はやさが変かわることを体感たいかん

最さい重要じゅうよう安全あんぜん: 一ひとつの回路かいろでちがう種しゅ類るい の電池でんちをまぜない (指導しどう要領ようりょう明記めいき、 液えき漏もれ・破は裂れつ の危き険けん)。 + きょくと - きょくを直ちょく接せつ導どう線せん でつなぐショート は ぜったい禁止きんし (大量たいりょうの電流でんりゅうが流ながれて電池でんちが 発ねっし、 やけど・破は裂れつ の危き険けん)。 使つかい終おわったら必かならず 電池でんちを外はずす こと。

1. 乾電池かんでんち 1 個こと 2 個こ — どうちがう？

豆まめ電でん球きゅう やモーターを動うごかすとき、 乾電池かんでんち 1 個こと 2 個こでどうちがうでしょうか？

観察かんさつ のしかた

回路かいろ (= 電池でんち + 導どう線せん + 豆まめ電でん球きゅう の一周いっしゅうの道みち) を作つくって、 乾電池かんでんちの数かずを変かえて比くらべます。

乾電池かんでんちの数かず	豆まめ電でん球きゅう の明あかるさ	モーターの速はやさ
0 個こ (なし)	光ひからない	まわらない
1 個こ	ふつう	ふつう
2 個こ (直ちょく列れつ)	明あかるい	速はやい

わかったこと

• 乾電池かんでんちの数かずを増ふやす と、 電気でんきが強つよくなる (電流でんりゅうが大おおきくなる)
• ただし、 「つなぎ方かた」 でも結果けっかが変かわる (次じのセクション)

ポイント: 「電流でんりゅう」 とは 回路かいろを流ながれる電気でんき のこと。 4 年ねん生せいでは 「電流でんりゅう」 という言葉ことばを使つかい始はじめる (大おおきさのくわしいきまりは中学校ちゅうがっこうで学まなぶ)。

2. 直列つなぎちょくれつつなぎ — 電池でんちをたてにならべる

乾電池かんでんち 2 個こを たてに一いち列れつにならべる つなぎ方かたを 直列つなぎちょくれつつなぎ と呼よびます。

直列ちょくれつの図解ずかい

+ 電池 1 - + 電池 2 -  → 豆電球きゅう →  もどる

電池でんちの +きょくと反対はんたいの -きょくがくっつく ように並ならべます。

結果けっか

• 電流でんりゅうの大おおきさ = 乾電池かんでんち 1 個このときの約やく 2 倍ばい
• 豆まめ電でん球きゅう の明あかるさ = 明あかるい
• モーターの速はやさ = 速はやい

大切たいせつなきまり

「直ちょく列れつ つなぎで電池でんちを増ふやすと、 電流でんりゅうが大おおきくなる」

3. 並列つなぎへいれつつなぎ — 電池でんちをよこにならべる

もう一ひとつのつなぎ方かたが 並列つなぎへいれつつなぎ。 乾電池かんでんち 2 個こを よこに並ならべて、 +きょくどうしと -きょくどうしをつなぐ。

並列へいれつの図解ずかい

       +---- 電池 1 ----+
       |               |
+ → ---+               +--- - → 豆電球きゅう →  もどる
       |               |
       +---- 電池 2 ----+

結果けっか

• 電流でんりゅうの大おおきさ = 乾電池かんでんち 1 個このときとほぼ同おなじ
• 豆まめ電でん球きゅう の明あかるさ = 1 個このときと同おなじふつうの明あかるさ
• モーターの速はやさ = 1 個このときと同おなじ
• ただし、 電池でんちが長持ながもちする (2 個こで仕事しごとを分担ぶんたんするから)

大切たいせつなきまり

「並へい列れつ つなぎで電池でんちを増ふやしても、 電流でんりゅうの大おおきさは 1 個このときと同おなじ。 ただし電池でんちが長持ながもちする」

4. 直列ちょくれつと並列へいれつ — くらべてまとめる

くらべ点てん	直列つなぎちょくれつつなぎ	並列つなぎへいれつつなぎ
ならべ方かた	たて一いち列れつ	よこに横並よこならび
電流でんりゅうの大おおきさ	大おおきい (1 個この約やく 2 倍ばい)	1 個こと同おなじ
豆まめ電でん球きゅう の明あかるさ	明あかるい	ふつう
モーターの速はやさ	速はやい	ふつう
電池でんちのもち	早はやく切きれる	長持ながもちする
よくつかう場面ばめん	速はやさ・明あかるさがほしい	長ながく使つかいたい

ポイント: 「明あかるくしたい / 速はやくしたい → 直列ちょくれつ」、 「長ながく使つかいたい → 並列へいれつ」 とおぼえるとわかりやすい。

5. 簡易検流計かんいけんりゅうけい で電流でんりゅうをしらべる

電流でんりゅうの 大おおきさ や 向むき を測はかる道具どうぐが 簡易検流計かんいけんりゅうけい。 4 年ねん生せいで初はじめて出会であう道具どうぐです。

検けん流りゅう計けいの使つかい方かた

操作そうさ	結果けっか
検けん流りゅう計けいを回路かいろの一部いちぶにつなぐ	針はりが動うごく
針はりが 右みぎへふれる	電流でんりゅうが + → − の向むきに流ながれている
針はりが 左ひだりへふれる	電流でんりゅうが − → + の向むきに流ながれている (電池でんちが反対はんたい)
針はりの 目盛めもり を読よむ	電流でんりゅうの 大おおきさ がわかる

観察かんさつ のれい

回路かいろ	検けん流りゅう計けいの針はり
乾電池かんでんち 1 個こ	1 目盛めもり右みぎ
乾電池かんでんち 2 個こ直列ちょくれつ	約やく 2 目盛めもり右みぎ (大おおきい)
乾電池かんでんち 2 個こ並列へいれつ	1 目盛めもり右みぎ (1 個こと同おなじ)
乾電池かんでんちを反対はんたいにつなぐ	左ひだりへふれる (向むきが逆ぎゃく)

注意ちゅうい

• 検けん流りゅう計けいは 回路かいろの一部いちぶとして直ちょく接せつ つなぐ 道具どうぐ。 電池でんちだけにつなぐと大おおきな電流でんりゅうで 針はりが 壊こわれる ので注意ちゅうい
• 必かならず 豆まめ電でん球きゅう やモーターと一緒いっしょ に回路かいろに組くみ込こむ

6. 発光ダイオードはっこうだいおーど (LED) — 電流でんりゅうの向むきが大事だいじ

近頃ちかごろの信号しんごう機きや家電かでんで多おおく使つかわれている LED (発光はっこうダイオード)。 これは豆まめ電でん球きゅう とはちがう性せい質しつ があります。

LED のとくちょう

• 電流でんりゅうの向むきが正ただしいときだけ光ひかる
• 反対はんたい向むきにつなぐと 光ひからない (電流でんりゅうが流ながれない)
• 豆まめ電でん球きゅう はどちら向むきでも光ひかる (電流でんりゅうの向むきが関係かんけいない)

確たしかめるじっけん

つなぎ方かた	LED
正ただしい向むき (+ → 長ながい足あし、 − → 短みじかい足あし)	光ひかる
反対はんたい (− → 長ながい足あし、 + → 短みじかい足あし)	光ひからない

LED の見分みわけ方かた

LED には 長ながい足あし (+ 側がわ) と 短みじかい足あし (− 側がわ) があります。 必かならず 長ながい足あしを + につなぐ こと。 (中学校ちゅうがっこうで 「アノード (+)・カソード (−)」 という名前なまえで学まなぶ)

省しょうエネ: LED は同おなじ明あかるさで 電池でんちのもちが豆まめ電でん球きゅう の数すう倍ばい になるほど 効こう率りつ がよい。 だから街まちの信号しんごう機きや自じ転てん車しゃ のライトでどんどん LED が増ふえているのです。

7. 回路図記号かいろずきごう — 回路かいろを図ずで表あらわす

回路かいろを絵えで描えがくより、 記号きごう で描えがいたほうが速はやくて正確せいかくです。 4 年ねん生せいでは主おもな回路かいろ図ず記号きごうをおぼえます。

主おもな回路かいろ図ず記号きごう

部品ぶひん	記号きごう (文字もじで表あらわす)	説明せつめい
乾電池かんでんち	長ながい線せん (+) と短みじかい線せん (−) を組み合わせくみあわせ	長ながい方ほうが +きょく
豆まめ電でん球きゅう	丸まるの中なかに ×	光ひかる部分ぶぶん
モーター	丸まるの中なかに M の字じ	回かい転てん する
スイッチ	レバーの絵え (開ひらき / 閉)	回路かいろをつなぐ・切きる
導どう線せん	直線ちょくせん	電気でんきが流ながれる道みち
検けん流りゅう計けい	丸まるの中なかに G の字じ	電流でんりゅうの向むきと大おおきさ
LED	矢印やじるし + 三角さんかく	向むきがあることを表あらわす

回路かいろ図ずのれい (乾電池かんでんち 1 個こ + 豆まめ電でん球きゅう + スイッチ)

電池 ── スイッチ ── 豆電球きゅう ── (戻る)

ポイント: 教科書きょうかしょや中学ちゅうがくではこうした記号きごうを使つかった 回路かいろ図ず で設計せっけいする。 4 年ねん生せいでは 「読よめる」 「単純たんじゅんなものは描えがける」 を目指めざす。

8. ものづくり: 電気でんき自動車じどうしゃ を作つくろう

学まなんだことを使つかって、 電気でんき自動車じどうしゃ (モーターで走はしる車くるま) を作つくってみます。

ひつようなもの

もの	やくわり
乾電池かんでんち (単たん 3 形かたちを 2 個こ)	電源でんげん
電池でんちボックス (2 個こ用よう)	電池でんちをしっかり持もつ
モーター (タミヤ等とうの工こう作さく用)	動力どうりょく
プロペラまたはタイヤ	モーターの軸じくにつける
段だんボールやプラ板ばん	車体しゃたい
わりばし、 つまようじ、 セロハンテープ	補ほ強きょう と組くみ立たてて
導どう線せん (赤あか・黒くろ)	電池でんちとモーターをつなぐ
スイッチ (任意にんい)	ON / OFF を切きり替かえ

作つくり方かたの流ながれ

1. 段だんボールを車体しゃたいの形かたちに切きる (4 cm × 8 cm くらい)
2. タイヤ を軸じく (わりばし) につけて、 車体しゃたいの下したに取とり付つける
3. モーター を車体しゃたいの後うしろにテープでとめる
4. 電池でんちボックスに電池でんちを入いれて、 導どう線せん を モーターとスイッチにつなぐ
5. スイッチを入いれるとモーターが回まわる → 車くるまが進すすむ！

直列ちょくれつ vs 並列へいれつでくらべよう

つなぎ方かた	走はしり方かた
乾電池かんでんち 1 個こ	ゆっくり走はしる
乾電池かんでんち 2 個こ 直ちょく列れつ	速はやい！
乾電池かんでんち 2 個こ 並へい列れつ	1 個このときと同おなじ速はやさ、 でも 長ながく走はしれる

実際じっさいにつなぎ替かえて、 走はしり方かたのちがい を体感たいかんしてみよう。

工く夫ふう のアイデア

• LED を車体しゃたいにつけると、 ヘッドライトっぽくてかっこいい
• スイッチをつけないで、 「電池でんちを入いれたら走はしり出だす」 シンプル設計せっけいも OK
• 段だんボールの形かたちを工く夫ふう (流線型りゅうせんけい等とう) でデザインにこだわる

9. ふりかえり

• 乾電池かんでんちの数かずやつなぎ方かたで電流でんりゅうが変かわる ことを言いえる
• 直列つなぎちょくれつつなぎ (たて) と 並列つなぎへいれつつなぎ (よこ) を区別くべつできる
• [ ]直ちょく列れつ = 電流でんりゅう大だい、 明あかるさ・速はやさアップ、 並へい列れつ = 1 個こと同おなじ、 長持ながもち を言いえる
• 簡易検流計かんいけんりゅうけい で電流でんりゅうの 向むきと大おおきさ を測はかれる
• 発光ダイオードはっこうだいおーど (LED) は電流でんりゅうの 向むき で光ひかる・光ひからないことを言いえる
• 回路図記号かいろずきごう を使つかってかんたんな回路かいろを 描かける
• 電気でんき自動車じどうしゃ を作つくって、 直ちょく列れつ と 並へい列れつ で走はしり方かたがちがうことを体感たいかんした

この章しょうの安全あんぜん配はい慮りょ (最さい重要じゅうよう)

• ちがう種しゅ類るい の電池でんちを一ひとつの回路かいろで混まぜない (指導しどう要領ようりょう明記めいき、 液えき漏もれ・破は裂れつ)
• + きょくと − きょくを直ちょく接せつ導どう線せん でつなぐショートは禁止きんし (急きゅうに大量たいりょうの電流でんりゅうが流ながれて、 電池でんちが熱あつくなる、 やけどの危き険けん)
• 古ふるい電池でんちと新あたらしい電池でんちを混まぜない (古ふるい方ほうが 過か放ほう電でん して液えき漏もれする)
• 使つかい終おわったら必かならず電池でんちを外はずす (放ほうっておくと液えき漏もれする)
• モーターが急きゅうに熱あつくなったらすぐに止とめる (回路かいろのどこかがショートしている可能かのう性せい)
• LED の足あしを曲まげすぎない (折おれやすい)
• 電池でんちを口くちに入いれない、 子犬こいぬ・小ちいさい弟妹ていまいに触さわらせない (誤ご飲いん の危き険けん、 ボタン電池でんちはとくに)
• 自じ転てん車しゃ の動うごくタイヤや回まわるモーターの軸じくに 指ゆびを入いれない

次じへ: 4 年生ねんせいの理科りかはこれですべて 終しゅう了りょう です！ 次つぎは 5 年生ねんせいの理科りか で、 流ながれる水みずのはたらき、 てこ、 植物しょくぶつの発芽はつがと成長せいちょう、 人じんのたんじょう など、 もっと深ふかい内容ないようが待まっています。 4 年ねん生せいで身みに付つけた 「根拠こんきょ のある予想よそうを立たてる」 力ちからを、 5 年生ねんせいでも大おおいに活いかしてください。