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 年生ねんせい 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 (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ダイオード (LED) は 電流でんりゅう の 向むき で 「光ひかる・光ひかりら 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 表ひょう 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？

観かん察さつ 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)	光ひかりら 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 年生ねんせい 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 (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<ruby>球<rt>きゅう</rt></ruby> →  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 (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<ruby>球<rt>きゅう</rt></ruby> →  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 (かんい けん りゅうけい)。 4 年生ねんせい 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

観かん察さつ 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ダイオード (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 光こうら 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)	光こうら 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)

省しょうえねエネ: 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 年生ねんせい 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 組くみ合あわせ	長ながい 方かた 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<ruby>球<rt>きゅう</rt></ruby> ── (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 年生ねんせい 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 等ひとし 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
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ダイオード (LED) は 電流でんりゅう の 向むき で 光ひかる・光ひかりら 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 方かた が 過か放ほう電でん して 液えき漏もれ する)
• 使づかい 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 回かい 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 年生ねんせい 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。