実験¶
Experimenters の仮想の実験台ですぐに行える、学校の物理の実験です。どの実験も、回路が組み立て済みの状態で、そのページ上で開きます。その下には目的、手順、予想される結果、問題があります。自由に変更してかまいません。ラボのメニューの最初からやり直すを使うと実験装置が元に戻り、完全版を開くを使うと別のタブで開きます。
小学校¶
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電流が流れて電球が点灯するのは、閉じた回路のときだけであることを確かめます。
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電球の明るさが電圧、つまり直列につないだ電池の数によってどう変わるかを調べます。
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電球の直列つなぎと並列つなぎを比べます。
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2つのスイッチを直列につないだときと並列につないだときに、電球がいつ点灯するかを表にまとめます。
中学校¶
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階段や長い廊下の照明のように、1つの電球を2か所から点けたり消したりできる回路のしくみを理解します。
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電流計は回路の一部分に直列に、電圧計は並列につなぐ方法を学びます。
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短絡が起きると何が起こるか、保護機能がどう働くかを観察します。
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ヒューズが過負荷と短絡から回路をどのように守るか、そしてなぜヒューズの定格を負荷に合わせるのかを調べます。
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直列回路では電流がどこでも同じであること、また各部分にかかる電圧どうし、抵抗どうしが足し合わされることを確かめます。
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全体の電流が各分岐の電流の和に等しいことを確かめ、分岐全体の合成抵抗を求めます。
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抵抗を流れる電流と、抵抗にかかる電圧の関係を明らかにします。
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抵抗、フィラメント電球、ダイオードの電流-電圧特性を測定し、その形を比べます。
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ダイオードが一方向にしか電流を通さないことを確かめ、電流制限抵抗をつけてLEDをつなぎます。
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すべり抵抗器で、電流と電球の明るさをなめらかに調節します。
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電球の電力 \(P = U \cdot I\) を求め、並列につないだときと直列につないだときの明るさを比べます。
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ポテンショメータから調節できる電圧を取り出し、負荷によって分圧回路の出力がどう変わるかを観察します。
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交流電圧の周期、周波数、振幅、実効値を測定します。
高校¶
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外部回路にかかる電圧が電流によってどう変わるかから、電池の起電力と内部抵抗を求めます。
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2つの電圧源をもつ回路で、キルヒホッフの第1法則と第2法則を確かめます。
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ブリッジをつり合わせ、つり合いの条件から未知の抵抗値を求めます。
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コンデンサの充電と放電の曲線を記録し、時定数 RC と、並列につないだ2個のコンデンサの静電容量を求めます。
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オシロスコープでコンデンサの充電と放電を観察し、時定数を測定します。
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充電されたコンデンサがエネルギーをたくわえ、電球を点灯させられることを確かめます。
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回路を閉じたときに、コイルが電流の立ち上がりを遅らせるようすを観察します。
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コイルを含む回路を開いたときに生じる自己誘導起電力を観察します。
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RL回路での電流の立ち上がりと減衰を観察し、時定数 \(L / R\) を測定します。
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LC回路の自由減衰振動を観察し、その周期を測定します。
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コンデンサとコイルのリアクタンスが周波数によってどう変わるかを調べます。
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コンデンサでの電流と電圧の位相のずれを見ます。
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直列RLC回路の共振曲線を測定します。
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交流と直流のはたらきを比べ、実効値の意味を理解します。
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ブリッジ全波整流回路と、コンデンサによるリップルの平滑化を調べます。
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RCローパスフィルタとハイパスフィルタの周波数特性を測定します。
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リサジュー図形をつくり、それを使って2つの信号の周波数の比を求めます。
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小さなベース電流が大きなコレクタ電流を制御するようすを見て、トランジスタの電流増幅率を測定します。
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トランジスタの増幅段を組み立て、その動作点と電圧増幅度を求めます。
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変圧器の二次コイルの電圧が、コイルの巻数によってどう変わるかを調べます。
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変圧器の一次回路と二次回路の電流と電力を比べ、その効率を見積もります。
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変圧器が直流ではたらくかどうかを調べ、一次コイルの電流が変化するときにだけ二次コイルに電圧が生じることを確かめます。
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電球が消費する電力と、一定時間に電流が供給するエネルギーを測定し、\(E = P \cdot t\) が成り立つことを確かめます。
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抵抗での交流の電力を測定し、電圧の実効値と関係づけます。
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コンデンサを充電するときに電圧源が供給するエネルギーと、そのうちコンデンサがたくわえるエネルギーを測定します。