この 章で 学ぶこと
第 3 学年 で「電気 の 通り 道 (回路)」 を 学び ました。 4 年生 で は それ を 一歩進めて、 乾電池 の つなぎ方 を 変える と 電気 の 強さ が どう 変わる か を しらべ ます。 ものづくり で 電気自動車 を 作り、 自分 の 手 で 動かして みましょう。
- 乾電池 の 数 や つなぎ方 で 電流 が 変わる こと を 知る
- 直列つなぎ (たて に ならべる) と 並列つなぎ (よこ に ならべる) を 区別 できる
- 簡易検流計 (かんいけんりゅうけい) で 電流 の 向き と 大きさ を 測 れる
- 発光ダイオード (LED) は 電流 の 向き で 「光る・光ら ない」 が ある こと を 知る
- 回路図記号 で 回路 を 表 せる
- ものづくり: 電気自動車 を 作って、 つなぎ方 で 速さ が 変わる こと を 体感
最重要安全: 一つ の 回路 で ちがう 種類 の 電池 を まぜない (指導要領明記、 液漏れ・破裂 の 危険)。 + きょく と - きょく を 直接導線 で つなぐ ショート は ぜったい 禁止 (大量 の 電流 が 流れて 電池 が 発し、 やけど・破裂 の 危険)。 使い 終わったら 必ず 電池 を 外す こと。
1. 乾電池 1 個 と 2 個 — どう ちがう?
豆電球 や モーター を 動かす とき、 乾電池 1 個 と 2 個 で どう ちがう でしょう か?
乾電池。 + きょく と − きょく が ある。 直接導線で つなぐ ショート は きん止。
電球 (豆電球)。 中の フィラメント に 電気が 流れて 光る。
観察 の しかた
回路 (= 電池 + 導線 + 豆電球 の 一周 の 道) を 作って、 乾電池 の 数 を 変えて 比べ ます。
| 乾電池 の 数 | 豆電球 の 明るさ | モーター の 速さ |
|---|
| 0 個 (なし) | 光ら ない | まわら ない |
| 1 個 | ふつう | ふつう |
| 2 個 (直列) | 明るい | 速い |
わかった こと
- 乾電池 の 数 を 増やす と、 電気 が 強く なる (電流 が 大きく なる)
- ただし、 「つなぎ方」 で も 結果 が 変わる (次 の セクション)
ポイント: 「電流」 と は 回路 を 流れる 電気 の こと。 4 年生 で は 「電流」 と いう 言葉 を 使い 始める (大きさ の くわしい きまり は 中学校 で 学ぶ)。
2. 直列つなぎ — 電池 を たて に ならべる
乾電池 2 個 を たて に 一列 に ならべる つなぎ方 を 直列つなぎ (ちょくれつ つなぎ) と 呼び ます。
直列 の 図解
+ 電池 1 - + 電池 2 - → 豆電<ruby>球<rt>きゅう</rt></ruby> → もどる
電池 の +きょく と 反対 の -きょく が くっつく ように 並べます。
結果
- 電流 の 大きさ = 乾電池 1 個 の とき の 約 2 倍
- 豆電球 の 明るさ = 明るい
- モーター の 速さ = 速い
大切な きまり
「直列 つなぎ で 電池 を 増やす と、 電流 が 大きく なる」
3. 並列つなぎ — 電池 を よこ に ならべる
もう 一つ の つなぎ方 が 並列つなぎ (へいれつ つなぎ)。 乾電池 2 個 を よこ に 並べて、 +きょく どう し と -きょく どう し を つなぐ。
並列 の 図解
+---- 電池 1 ----+
| |
+ → ---+ +--- - → 豆電<ruby>球<rt>きゅう</rt></ruby> → もどる
| |
+---- 電池 2 ----+
結果
- 電流 の 大きさ = 乾電池 1 個 の とき と ほぼ 同じ
- 豆電球 の 明るさ = 1 個 の とき と 同じ ふつう の 明るさ
- モーター の 速さ = 1 個 の とき と 同じ
- ただし、 電池 が 長持ち する (2 個 で 仕事 を 分担 する から)
大切な きまり
「並列 つなぎ で 電池 を 増やしても、 電流 の 大きさ は 1 個 の とき と 同じ。 ただし 電池 が 長持ち する」
4. 直列 と 並列 — くらべて まとめる
| くらべ点 | 直列つなぎ | 並列つなぎ |
|:---:|:---:|:---:|
| ならべ方 | たて 一列 | よこ に 横並び |
| 電流 の 大きさ | 大きい (1 個 の 約 2 倍) | 1 個 と 同じ |
| 豆電球 の 明るさ | 明るい | ふつう |
| モーター の 速さ | 速い | ふつう |
| 電池 の もち | 早く 切れる | 長持ち する |
| よく つかう 場面 | 速さ・明るさ が ほしい | 長く 使い たい |
ポイント: 「明るく したい / 速く したい → 直列」、 「長く 使い たい → 並列」 と おぼえる と わかり やすい。
5. 簡易検流計 で 電流 を しらべる
電流 の 大きさ や 向き を 測る 道具 が 簡易検流計 (かんい けん りゅうけい)。 4 年生 で 初めて 出会う 道具 です。
検流計 の 使い方
| 操作 | 結果 |
|---|
| 検流計 を 回路 の 一部 に つなぐ | 針 が 動く |
| 針 が 右 へ ふれる | 電流 が + → − の 向き に 流れて いる |
| 針 が 左 へ ふれる | 電流 が − → + の 向き に 流れて いる (電池 が 反対) |
| 針 の 目盛り を 読む | 電流 の 大きさ が わかる |
観察 の れい
| 回路 | 検流計 の 針 |
|---|
| 乾電池 1 個 | 1 目盛り 右 |
| 乾電池 2 個直列 | 約 2 目盛り 右 (大きい) |
| 乾電池 2 個並列 | 1 目盛り 右 (1 個 と 同じ) |
| 乾電池 を 反対 に つなぐ | 左 へ ふれる (向き が 逆) |
注意
- 検流計 は 回路 の 一部 として 直接 つなぐ 道具。 電池 だけ に つなぐ と 大きな 電流 で 針 が 壊れる ので 注意
- 必ず 豆電球 や モーター と 一緒 に 回路 に 組み込む
6. 発光ダイオード (LED) — 電流 の 向き が 大事
近頃 の 信号機 や 家電 で 多く 使われて いる LED (発光ダイオード)。 これ は 豆電球 と は ちがう 性質 が あります。
発光ダイオード (LED)。 電流 の 向き が 正しい とき だけ 光る。 長い 足 が +、 短い 足 が −。 省エネ で 信号機 や ライト で 広く 使われる。
LED の とくちょう
- 電流 の 向き が 正しい とき だけ 光る
- 反対向き に つなぐ と 光ら ない (電流 が 流れ ない)
- 豆電球 は どちら 向き でも 光る (電流 の 向き が 関係 ない)
確かめる じっけん
| つなぎ方 | LED |
|---|
| 正しい 向き (+ → 長い 足、 − → 短い 足) | 光る |
| 反対 (− → 長い 足、 + → 短い 足) | 光ら ない |
LED の 見分け 方
LED に は 長い 足 (+ 側) と 短い 足 (− 側) が あります。 必ず 長い 足 を + につなぐ こと。 (中学校 で 「アノード (+)・カソード (−)」 と いう 名前 で 学ぶ)
省エネ: LED は 同じ 明るさ で 電池 の もち が 豆電球 の 数倍 に なる ほど 効率 が よい。 だから 街 の 信号機 や 自転車 の ライト で どんどん LED が 増えて いる の です。
7. 回路図記号 — 回路 を 図 で 表す
回路 を 絵 で 描く より、 記号 で 描いた ほう が 速くて 正確 です。 4 年生 で は 主な 回路図記号 を おぼえ ます。
主な 回路図記号
| 部品 | 記号 (文字 で 表す) | 説明 |
|---|
| 乾電池 | 長い 線 (+) と 短い 線 (−) を 組み合わせ | 長い 方 が +きょく |
| 豆電球 | 丸 の 中 に × | 光る 部分 |
| モーター | 丸 の 中 に M の 字 | 回転 する |
| スイッチ | レバー の 絵 (開 / 閉) | 回路 を つなぐ・切る |
| 導線 | 直線 | 電気 が 流れる 道 |
| 検流計 | 丸 の 中 に G の 字 | 電流 の 向き と 大きさ |
| LED | 矢印 + 三角 | 向き が ある こと を 表す |
回路図 の れい (乾電池 1 個 + 豆電球 + 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 や 中学 で は こうした 記号 を 使った 回路図 で 設計 する。 4 年生 で は 「読める」 「単純 な もの は 描ける」 を 目指す。
8. ものづくり: 電気自動車 を 作ろう
学んだ こと を 使って、 電気自動車 (モーター で 走る 車) を 作って みます。
ひつような もの
| もの | やくわり |
|---|
| 乾電池 (単 3 形 を 2 個) | 電源 |
| 電池ボックス (2 個用) | 電池 を しっかり 持つ |
| モーター (タミヤ 等 の 工作用) | 動力 |
| プロペラ または タイヤ | モーター の 軸 に つける |
| 段ボール や プラ板 | 車体 |
| わりばし、 つまよう じ、 セロハンテープ | 補強 と 組み立て |
| 導線 (赤・黒) | 電池 と モーター を つなぐ |
| スイッチ (任意) | ON / OFF を 切り替え |
作り 方 の 流れ
- 段ボール を 車体 の 形 に 切る (4 cm × 8 cm くらい)
- タイヤ を 軸 (わりばし) に つけて、 車体 の 下 に 取り付ける
- モーター を 車体 の 後ろ に テープ で とめる
- 電池ボックス に 電池 を 入れて、 導線 を モーター と スイッチ に つなぐ
- スイッチ を 入れる と モーター が 回る → 車 が 進む!
直列 vs 並列 で くらべよう
| つなぎ方 | 走り方 |
|---|
| 乾電池 1 個 | ゆっくり 走る |
| 乾電池 2 個 直列 | 速い! |
| 乾電池 2 個 並列 | 1 個 の とき と 同じ 速さ、 でも 長く 走れる |
実際 に つなぎ替えて、 走り方 の ちがい を 体感 して みよう。
工夫 の アイデア
- LED を 車体 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 を 入れたら 走り 出す」 シンプル 設計 も OK
- 段ボール の 形 を 工夫 (流線型等) で デザイン に こだわる
9. ふりかえり
この 章の 安全配慮 (最重要)
- ちがう 種類 の 電池 を 一つ の 回路 で 混ぜない (指導要領明記、 液漏れ・破裂)
- + きょく と − きょく を 直接導線 で つなぐ ショート は 禁止 (急 に 大量 の 電流 が 流れて、 電池 が 熱く なる、 やけど の 危険)
- 古い 電池 と 新しい 電池 を 混ぜない (古い 方 が 過放電 して 液漏れ する)
- 使い 終わったら 必ず 電池 を 外す (放って おく と 液漏れ する)
- モーター が 急 に 熱く なったら すぐ に 止める (回路 の どこか が ショート して いる 可能性)
- LED の 足 を 曲げ すぎ ない (折れ やすい)
- 電池 を 口 に 入れ ない、 子犬・小さい 弟妹 に 触ら せ ない (誤飲 の 危険、 ボタン 電池 は とくに)
- 自転車 の 動く タイヤ や 回 る モーター の 軸 に 指 を 入れ ない
次へ: 4 年生 の 理科 は これ で すべて 終了 です! 次 は 5 年生 の 理科 で、 流れる 水 の はたらき、 てこ、 植物 の 発芽 と 成長、 人 の たんじょう など、 もっと 深い 内容 が 待って います。 4 年生 で 身 に 付けた 「根拠 の ある 予想 を 立てる」 力 を、 5 年生 で も 大いに 活かして く ださい。