明るさと電池の数

学習指導要領： KS2 (Year 6)

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目的

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。

実験装置

同じ 4.5 V / 1 W の電球を使った3つの回路があります。上の回路は AA 1.5 V の電池が1個、その下は2個、いちばん下は3個です。それぞれの電池の+極は、次の電池の−極につながれています。

手順

1. 3つの電球の明るさを比べます。
2. いちばん下の回路の電池を1つ選び、パラメータカードでその種類を AAA に、次に「9 V 角形電池」に変えます。明るさはどう変わりますか。
3. 種類を AA に戻し、電球のパラメータカードで「断線」のチェックを外して、断線した電球を交換します。

予想される結果

電池1個ではフィラメントがかすかに光るだけで、2個では電球は半分ほどの明るさで、3個では本来の明るさで光ります。3 × 1.5 = 4.5 V が、この電球の定格電圧です。電池が多いほど電圧は高くなり、電球は明るくなります。AA を AAA に替えても電圧は同じなので、明るさはほとんど変わりません。9 V 角形電池にすると回路の電圧は 12 V になり、これは電球の定格電圧のほぼ3倍です。電球はぱっと明るく光り、100分の数秒のうちにフィラメントが切れて回路が開き、断線します。続けるには、種類を AA に戻し、電球のパラメータカードで「断線」のチェックを外して電球を交換します。

問題

1. 電球を本来の明るさで光らせるには、1.5 V の電池が何個必要ですか。
2. 実際の 4.5 V の電球を 9 V につないではいけないのはなぜですか。

解答

1. 電池3個です。3 × 1.5 = 4.5 V が、この電球に合わせた電圧です。
2. 9 V は、電球に合わせた電圧の2倍です。細いフィラメントに大きな電流が流れ、フィラメントは耐えられる温度よりはるかに熱くなるので、すぐに切れて電球は断線します。