直列回路と並列回路の電流・電圧・抵抗｜回路図を組み立てて確かめる教材
中学2年 / 第1分野 (3)電流とその利用 (ア)電流 ㋐回路と電流・電圧 ㋑電流・電圧と抵抗
回路の実験は、つなぎ替えに時間がかかります。1時間で試せるのは数パターンで、しかも配線を間違えると値が出ません。「並列だと枝の電流の和が全体になる」ことに気づくには、本当はもっと多くのパターンを見る必要があります。
このツールは、盤の上に導線・抵抗器・豆電球・電熱線・スイッチを置いて回路を組みます。回路図と実物の絵を切り替えられます。電流計と電圧計は何個でも同時に置けます。
この単元で つまずくところ
- 並列回路の電流。 1つずつ測っていくと「枝の和が全体と等しい」に気づけません。同時に3か所へ電流計を置いて、電源の電圧を変えながら値の動きを一緒に見ると、和の関係が目に入ります。
- 電圧は「どことどこの間か」。 電流は「その場所を流れる量」ですが、電圧は2点間の量です。ここが混ざると、電圧計を直列につないでしまいます。電圧計は2つの節点を指定して置く作りにしてあるので、「どことどこの間か」を毎回決めることになります。
- 合成抵抗。 直列は足し算、並列は逆数の和。式は覚えられますが、なぜ並列だと全体の抵抗が小さくなるのかは、電流が分かれる様子を見ないと納得しにくいところです。
- 電力と発熱量。 電力（W）と電力量（J）と発熱量が混ざりがちです。電熱線を置くと、水の量・はじめの水温・温める時間を決めて、実際に水温が上がる実験に切り替わります。
このツールで 何が見えるか
- 自分で組む回路
- 盤の上に部品を置いて回路を作ります。直列・並列・組み合わせのどれでも組めます。つながっていない回路では電流が流れません。
- 回路図と実物の切り替え
- 同じ回路を、記号の回路図と実物の絵で見比べられます。記号が何を表しているかが対応づきます。
- 電流計・電圧計を何個でも
- 測りたい場所すべてに同時に置けます。並列回路の枝の電流を一度に読めます。
- 全体の抵抗と全体の電流
- 合成抵抗と回路全体の電流が出ます。抵抗値を変えると同時に動きます。
- 電圧と電流のグラフ
- 電源の電圧を変えたときの V–I グラフが出ます。抵抗器では直線、豆電球では曲がります。
- 電子の流れ
- 電子が動く向きを表示できます。電流の向きと逆であることが見えます。
- 電熱線と水温
- 水の量・はじめの水温・温める時間を決めて温めます。電力と時間と水温の上がり方の関係が確かめられます。
授業での使い方
プロジェクターで並列回路を組み、枝2か所と幹1か所に電流計を置きます。電源の電圧を上げ下げして、3つの値がどう動くかだけを見せます。
「全体の抵抗を 15Ω にする回路を作る」という課題を出します。10Ω と 20Ω と 30Ω の抵抗器を使って、直列と並列を組み合わせて探させます。
豆電球と抵抗器の V–I グラフを両方とらせて、違いを説明させます。豆電球が直線にならない理由（温度で抵抗が変わる）まで話が進みます。
どの使い方でも、動かした条件はそのままURLに入ります。 画面の「リンクをコピー」を押して配れば、生徒の端末でも同じ画面が開きます。 生徒が見つけた条件のリンクを提出させれば、そのまま記録になります。
すぐ使える条件
- 直列（10Ω＋20Ω）合成抵抗と各部の電圧
- 並列（10Ω／20Ω）枝の電流の和
- 実物の絵で見る回路図の記号と対応づける
あえて入れていないもの
中学校で教える形を優先して、省いている条件があります。 教科書や資料集の数値と合わないことがあるので、先に書いておきます。
- 導線の抵抗と電池の内部抵抗は 0 として扱っています。中学の扱いと同じです。
- 豆電球は温度で抵抗が変わるものとして計算しています。V–I グラフが直線にならないのはこのためです。
よくある質問
回路を組むのは難しくないですか？
導線は端をつまんで伸ばせます。大きな回路でも、一区間ずつ運ばずに引き延ばして作れます。
間違った回路（ショートなど）は作れますか？
作れます。危険な設定を禁止するのではなく、値がどうなるかを見せる作りにしています。
作った回路を配れますか？
配れます。盤の状態もURLに入るので、「この回路を開いて」と渡せます。
ほかの教材は 中学理科ラボの一覧 から。
直してほしいところは 改善の要望 から。ツールの画面の「要望を送る」を押せば、そのとき見ていた条件のURLが付いた状態で開きます。