6年生 電気の勉強

電気ドリル型の回し発電機を使っています。豆電球と白色LEDの手ごたえ感覚に有意差はありました。
発電機に何も素子をつけないと回路はオープンですからとても軽く、素子をつけずに電線を直結すると大量の電流が流れるのでものすごく重いです。(あまり連続でしないこと)
手ごたえに関しては一昨年の大学入試のセンター試験にも出題されていました。
6年生で手回し発電機を使った子どもたちはセンター試験でよい点数を取れる!?。
実験は自らの手で行い記憶に残すと良いですね。
 
2009年 物理Ⅰ 第1問 問2
手回し発電機を使ったことの無い人には難問だったようです。豆電球でそこそこの手ごたえ感あるのですから、その抵抗値を0に近づけるのか、∞に近づけるかの極限で考えれば答えは出そうなものですが)
 
 
電圧は磁束の時間変化に比例しますから回転スピードによって電圧が決まります。(ゆっくりと1時間まわしていても充電電圧は低いのでLEDは光りません。)あとは素子の抵抗により電流が決まり仕事率(W)が決まります。
 
厄介なのは、LEDは発行するまでの閾値電圧が赤色でも1.5V程度あるのでそれ以上の電圧を発生させないと光らないです。ですから回転数は豆電球のときより速くまわさなければならず、どちらが使う(消費する)電気の量が多いか?という問に対して、LEDと答える子もいます。
1.5V電池一個では光らない。バンドギャップの広い青色(白色)にいたっては倍の3Vないと光らないものもあります。若干の元気な子どもが発電機をめちゃくちゃ速くまわしてもLEDが破損しにくいという点ではよいのですが()。最近はダイオードをかませて保護しているの製品もあり赤色LEDでも破損しなくなりました。) 
 
コンデンサーに充電する実験でも、閾値電圧よりやっと少し上に充電された状態で実験すればLEDのほうが早く消えることもありえるし、教科書には1分で○○回のペースでまわすといいよ的なアドバイスはありますが(条件制御の考え方は5年生で指導しているにもかかわらず、まあ何と非科学的なこと)、事前に専科の先生と6年生の担任の先生が「3回/秒で30秒まわす」とうまくいくと予備実験をしていても、朝一番では電解液の温度が低いため?か単に回転速度が遅かったのか、4グループとも充電不足でLEDが点灯しなかったり…、大変ですね。
 
私が考えるのはアナログ電圧計(グループ数8台分あり)をつないで針の落ち具合(時間当たりの電圧の減り具合)を目で確かめるのが一番よいかと。しかし光量も本来同一にすべきですし、なんだか厳密にしようとすると大変ですね。
でも教科書に載っていないことはしないでよい?(混乱するのでしてはいけない?)
考えすぎでしょうか(笑)
 
授業時間数に関しても、5年生の「ものの溶けかた」に比べると6年生の電気の授業数は短いと感じます。さらに教科書の内容も机上の理論で、実際やったらうまくいかないことも結構あり、実験を再度させないといけなかったりで、先生方はたいへんだなあと思います。教科書の発行会社さんは、教科書の内容を実際そのままやってみてから印刷してくれ~って感じです(笑)
 
ある児童から、先生、コンデンサーは「溜めすぎたら破裂するんですか?」という質問があり、「破裂します。」と答えました。上のアルミのスジはそこから裂けやすくするためにつけてあって、そこから破裂して、電解液が飛び散るんですよ」と体験に基づき答えました。以前パナソニックにいて海外faxの試作機で何度か電源基板の電解コンデンサーを破裂させました。海外でも120vの国と220vの国とあるので紛らわしいんですね。