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4節 電気とエネルギー

 

電気回路の水流モデル

電気回路の学習において,よく生徒にみられる誤った概念は,「抵抗では電流が消費され,抵抗を流れるたびに電流は減っていく」とか「回路のスイッチを入れた瞬間に,電流を担うもの(電子)が非常な高速で電源から出て回路を1周する」というものである。このような誤った概念は,水流モデルで考えさせることにより直すことができる。また,電圧を水圧で,電流を水流でイメージさせることは,電圧や電流の意味を把握させやすくするであろう。さて,水流モデルで,ただの中空の管の粘性抵抗を電気抵抗にすると,(細いほど水流に対する抵抗が大きくなるのはわかるが)断面積の変化に対する抵抗の変化のしかたは電気抵抗とは異なり,断面積の2乗に反比例することになる。そこで,ここで考える「抵抗のある管」は,実際の電気抵抗がもつのと同じ性質,すなわち同じ長さなら,断面積が変わっても流れの速さは変わらないような性質をもったものである。できれば,水流モデルは話だけでなく,実際に模型をつくって実験を行うことが望ましいが,その場合,「抵抗のある管」は管に網をつめたものを用意すればよい。網のつめぐあいを変えれば,抵抗の物質による違い(抵抗率の違い)のモデル実験にもなる。また,同じように網をつめた管を2本用意すれば,抵抗の直列接続や並列接続のモデル実験も行うことができる。

 

参考文献「電気回路学習のための水流モデルの製作と検討」福山豊,西和幸物理教育Vol.38No.2

 

 

 








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