【授業プラン】 『電気のはたらき(４年)』 加藤 幸男
電気のはたらき（４年）の学習について ２００８．５
○ゼネコンをつかおう。
電気は作り出すことができる。
その一つの手段が手回し発電機・ゼネコンだ。
ゼネコンはおもしろい。
回す勢いによって豆電球の明かりが明るくなる、モーターも速く回る、電子メロディの音も大きくなる。
ゼネコンを回す勢いを増すほど電流が大きくなり、光る・回るという電気の仕事も大きくなる。自分の手でハンドルを回すことで、電流の大きさを体感できる。
しかしゼネコンで、電流を長時間流し続けること、一定の大きさの電流を流し続けることは大変だ。
この点で電池の便利さが実感できる。
○電流計を使おう。
豆電球を明るくする、モーターを速く回すには、電流を大きくすればいい。
『電流増すには、電圧上げろ』である。
乾電池を直列につないで電圧を上げるのは、電流を増やすため。
その電流の大きさを計るのが電流計である。
明るさが増した（大きな仕事をした）のは電流が増えたからと、子どもには考えて欲しい。
だから電流を常に意識させよう。そのために電流計をたくさん使わせよう。
○もっとたくさんつけよう（仕事場の直列・並列回路）
教科書では、乾電池の直列・並列は学習するが、豆電球（仕事場）の直列・並列は十分に学習しない。
しかし、クリスマスの電飾など豆電球がたくさんついているものはよく目にするし、何よりたくさんついているのは楽しい。
仕事場の直列・並列もぜひとも学習しよう。
たくさんつけるためにはどうしたらしたのか、その方法をいろいろ試させよう。考えさせよう。
○電池を作ろう（備長炭電池、レモン電池、１１円電池）
乾電池や光電池は、どんなしくみになっているのかはよく分からない。
でも、電気が起きるしくみは意外と簡単だ。
基本的に２種類の金属とそれをつなぐ水溶液でできている。
備長炭電池であれば、炭（炭素）とアルミと食塩水で電気が起きる。
実験後のアルミホイルはボロボロと穴が開いていて溶けていたのが分かる。
一方の金属が溶けることで電気が起きていたのだ。
レモン電池も作るのは簡単だ。
そしてこんなものでも電気が起きるんだという不思議さ満点。
レモン電池１個では弱い起電力も、２個３個と直列につなぐと電圧が増して電流も大きくなる。
乾電池の直列つなぎと同じように実験できるのもおもしろい。
＜学習計画＞
１．電気を起こして仕事をしよう(ゼネコンで遊ぶ)
２．回路を作って、遠くで仕事
３．仕事と電流、電流の向き
４．豆電球をもっと明るく光らせよう
５．豆電球をたくさんつけよう
６．乾電池の並列つなぎ
７．光電池でモーターを回そう
８．電池のしくみを調べよう
９．備長炭電池をつくろう
＜授業の実際＞
＜ねらい＞ ・手回し発電器（ゼネコン）で電気を起こして、電気のしごとに気づかせる。
・電気は、そのエネルギーを光、熱、音、動力などに変えていること。
＜準備物＞ ゼネコン、豆電球（2.5ｖ用）とソケット、６ｖ用や１８ｖ用なども準備
モーター、電子メロディー、スチールウール、乾電池
| １．これはゼネコンという手回し発電器です。電気を起こす器械です。 |
ｏゼネコンを見せる。ハンドルを回して見せる（右回りと左回り）。
ｏコードのつなぎ方を教える。先ず豆電球をつけて見せる。
| ２．これで電気を起こして、いろいろな仕事をしよう。 |
（１）先ず、豆電球をつけてみよう。これは何の仕事かな。
・光を出す仕事。
・速く回すほど光が強いよ。
ｏフィラメントをすぐに切ってしまうだろう。新しいのに取り替えてやる。
ハンドルをゆっくり回すことを言う。
○豆電球を同時に２～３個つけられるかな。 o直列でも並列でも、自由にやらせる。
○ボルト数の大きい電球もつけてみよう。
（２）次に、モーターを回してみよう。これは何の仕事かな。
・モーターを回す仕事。
・ハンドルを速くまわすとモーターの回転も速い。
○回転がわかるように、工夫をしてみよう。(プロペラ、ビニールテープ、モーターゴマ)
・ハンドルを逆回すと、プロペラも逆に回るよ。
（３）それから電子メロディーを鳴らそう。これは何の仕事かな。
・音を出す仕事。
・反対にまわすと、ブザーがならない。
（４）スチールウールにつないでみよう。気をつけて。これは何の仕事かな。
・燃えた。熱と光になった。
（５）ゼネコンで他のゼネコンを回すことができるかな。
・片方のハンドルが回った。ハンドルを逆に回すと、もう一方のハンドルも逆に回る。
・一方のゼネコンを机の上に置くと、まるで生き物のようにのたうちまわっておもしろい。
| ３．ゼネコンはおもしろくて便利な器械ですが、困ったこともあります。どんなところでしょうか。 |
○ゼネコンで、豆電球を同じ明るさで、ずっとつけていることができるかな。
・仕事をさせるには、ずっと回し続けていなければならない。
●回さなくとも電気が流れて仕事をするものがあります。それは電池というものです。
○乾電池でもゼネコンが回せるかな。
・電池の向き（＋極と－極）を変えると、ゼネコンのハンドルーの回転が逆になるよ。
＜ねらい＞ ・回路になっていれば、電源と仕事場はいくらでも離すことができること。
・回路になっていて、ショートしていると仕事場は仕事をしないこと。
＜準備物＞ ゼネコン、乾電池、豆電球、モーター、電子ブザー、リード線（端を剥いていない５０ｃｍくらいのもの多数）、
ワイヤーストリッパー、アルミホイル
| １．電池やゼネコンなど電気を起こすものを「電源」と言います。 |
○豆電球やモーター、ブサーなどを「仕事場」と言います。
電源と仕事場を２本の導線や電気を通すものでつなぐと、電気が流れ、電気は仕事をしてくれます。
◆板 書
ゼネコン ――――――導線――――――豆電球、モーター
かん電池 ――――――――――――――電子ブザー
| ２．電源（ゼネコン）から遠くに、豆電球のあかりをつけることができるだろうか。 |
○導線を長くつないで、豆電球を遠くにつけてみよう。
・導線をしっかりつなげば、豆電球をつけられるよ。
ｏ５０ｃｍくらいのリード線をたくさん用意しておく。
ｏコードのむき方、導線のつなぎ方を指導する。
○電源から遠くてもモーターは回るかな。ブザーは鳴るかな。
○乾電池でも遠くの豆電球をつけられるだろうか。
・理科室の端から端まで離すことができたよ。まるで道路にある電線みたい。
●電源から仕事場がいくら遠くても、２つをつなぐ２本の導線がしっかりつながっていれば、電気が流れて仕事をします。
ぐるっとひとつながりの輪のような電気の通り道を「回路」と言います。
| ３．途中の導線のつなぎ目がふれあってしまった。豆電球のあかりはどうなるだろう。 |
・豆電球はつかなくなってしまった。
・電気が仕事をしないよ。
●線が熱くなって危険。すぐにつなぎ目を離しましょう。
これはショート回路といって、つないでいる導線に電気がたくさん流れて、仕事場に電気が流れないのです。
導線はショートしないように電気を通さないビニルで被覆してあるのです。
●つなぎ目は接触しないように気をつけましょう。（電気屋さんはビニルテープでおおう）
○ショートではなく、豆電球やモーター、ブザーを途中につないだら仕事をするかな。
（仕事場の並列つなぎ）
| ４．導線の間に、アルミホイルなどの電気を通すものを入れてもっと遠くにあかりをつけてみよう。 |
・理科室に、他に電気を通すもの（金物）はないかな。探そう！！
| ≪やってみよう≫ 「手のひらピチュー」で人間回路 「手のひらピチュー」は、人に流れる電流でも「ピッチュー」と鳴きます。 みんなで手をつないで輪（回路）を作って、ピッチューを鳴かせてみましょう。 |
＜ねらい＞ ・電流が増えると、仕事もたくさんできること。
・電流には流れる方向があること。
＜準備物＞ ゼネコン、豆電球（2.5ｖ用）とソケット、導線、、モーター、電子ブザー、乾電池
簡易検流計（＋－の両方に針が振れるものがよい。デジタル表示のテスターもいい）
○「回路」ができると電気が流れます。電気の流れのことを「電流」といいます。
| １．ゼネコンのハンドルを速く回すと、豆電球がより明るくひかります。モーターも速く回ります。 豆電球が明るい時、電気はたくさん流れたのだろうか。 電気の流れ「電流」の量を測る器械「電流計（検流計）」で、電流をはかってみましょう。 |
ｏ検流計のつなぎ方(直列につなぐ)を教える。検流計のスイッチは５Ａの方にしておく。
◆実 験 ＜児童実験＞
①ゆっくりとハンドルを回して豆電球をくらくつけてみよう。電流はどれくらいかな。
②早くハンドルを回して豆電球を明るくしてみよう。電流はどれくらいかな。
・結果を発表する。…明るいほど、電流がたくさん流れる。
ｏこの時点では細かい数字にこだわらず、明るいと電流が大きいことに気づけばよい。
| ２．こんどは仕事場をモーターにして、電流をはかってみよう。 モーターが速く回っているときは、電流は増しているかな。 |
・モーターが速く回るほど電流が大きい。
・ハンドルを回す方向によって、針が右に振れたり左に振れたりするよ。
| ３．ゼネコンのハンドルの回す方向が変わると、モーターの回転の方向が変わります。 電流の流れ方はどうなるのだろう。検流計の針の動で確かめてみよう。 |
・ハンドルを回す方向を変えると、検流計の針が反対に振れる。
・検流計の針が反対に振れると、モーターの回る方向も反対になるよ。
●これは電流の流れる向きが、反対になっているのです。
電流の流れる向きが変わると、モーターの回転の方向も逆になるのです。
| ４．乾電池でも電流を流すことのできます。電池１本をモーターにつないで、電流を計ってみよう。 電池の＋極と－極の向き変えてみよう。電流の流れる向きはどうなったかな。 |
ｏ針の振れが小さいときは、０．５Ａの方にスイッチを切り替える。
・電池の向きを変えると電流の向きが反対になる。
・電流の向きが変わると、モーターの回る向きも反対になる。
○電子メロディーは、乾電池のつなぎ方で仕事をするかどうか確かめてみよう。
＜ねらい＞ ・豆電球を明るくするには、電流を大きくすればよいこと。
・電流を大きくする、増やすには、「乾電池の直列つなぎ」をすればいいこと。
＜準備物＞ 豆電球（２．５Ｖ、０．３Ａ）、乾電池、検流計、
今日はゼネコンは使いません。乾電池が何個かあります。乾電池１個で豆電球をつけています。
| １．豆電球をもっと明るく光らせるためには、どうしたらいいでしょうか。 |
・豆電球をもう一つつなげればいい。
・乾電池を２個つなぎにする。
○乾電池をどうつなげばいいか、やってみましょう。
・乾電池の＋極と－極をつなぐ。
○同じようなつなぎ方で、３個つないだらもっと明るくなるかな。やってみよう。
・さらに明るくなった！！
●乾電池のこのようなつなぎ方を「乾電池の直列つなぎ」と言います。
| ２．豆電球が明るくなると、電流は増しているでしょうか。調べてみましょう。 |
◆実 験 ①まず乾電池１個の時の電流を検流計で計りましょう。（ Ａ）
②乾電池２個直列つなぎでは、電流の大きさはどうなるか計ってみましょう。（ Ａ）
③乾電池３個直列つなぎでは、（ Ａ）
ｏ ０．５Ａを超えそうな時は、スイッチを５Ａに切り替える。
◆結 果…直列につないだ電池の数が増えると、流れる電流も増す。
●電池には１．５Ｖと言う表示があります。これは電池の「電気を流そうとする力」を表しています。
１．５Ａの力で電気を流して、 Ａの電気が流れたと言うことです。
乾電池を２個直列につなぐと、３Ｖの力になり、 Ａの電気が流れたのです。
電流が大きくなったので、豆電球もさらに明るく光ったのです。
| ３．さらに乾電池をもっと直列につないだら、豆電球のあかりはどうなるでしょうか。 |
・うんと明るくなる。 切れてしまう。
○やってみよう。
●実験に使っている豆電球は、２．５Ｖのパワーで０．３Ａの電流が流れて、ちょうどよい光りかたになるように作られているのです。
| ４．家庭に流れてきている電気は、何Ｖの電気を流す力があるだろうか。 |
・１００Ｖのパワー。
●もしこの豆電球を１００Ｖにつないだら、一瞬で切れてしまいます。
○家にあるような電球は、１００Ｖのパワーでつくように作られています。
この１００ｖ用の電球もつけてみよう。（コンセントにつなぐ）
| ５．この１００Ｖ用の電球を乾電池でつけることができるだろうか。 |
・１個ではつかないと思う。
・かん電池を直列にいっぱいつなげればつけられるかもしれない。
○みんなの乾電池を直列につなげて、電球をつけてみよう。
・１．５ｖ乾電池１０個くらいから、電球のフィラメントがほんのり光り始める。
＜ねらい＞ ・豆電球（仕事場）のつなぎ方に、直列つなぎや並列つなぎがあること。
・豆電球の並列つなぎは、１個の乾電池でたくさんの豆電球をつけることができること。
| １． 豆電球（２.５ｖ）４個を１列につなぎます。これを「豆電球の直列つなぎ」と言います。 これを乾電池１個につなぎます。４個とも明るく光るでしょうか。 |
◇予想を立てる。 ア．回路ができているから明かりがつく。
イ．１個の時より暗くつく。
ウ．明かりはつかない。
◇人数分布を確かめる。どうしてそう思ったかを発表させる。討論。
◆実験◆ ＜教師実験＞
・明かりはつかない。
○では、豆電球２個ではつくのかな。（１個の時より暗い）３個では？
| ２．４個直列つなぎでは明かりはつきません。電流は流れていないのでしょうか。 |
◇検流計で調べてみましょう。
・少し針が振れる。少しの電流しか流れていない。
○では、この４個直列の豆電球を明るくつけるにはどうしたらいいだろうか。
・乾電池を増やして（直列つなぎ）、電流を大きくすればいい。
◇電池を１個ずつ増やして（電流も計りながら）、豆電球をあかるくしよう。
| ３．では、乾電池１個で、豆電球４個を明るくつけることはできないだろうか。 |
・無理ではないかな。
・豆電球のつなぎ方を変えれば４個明るくつけられるかも。
◆いろいろ試してみましょう。まず、２個明るくつけられないかな。
・１個の乾電池に１個ずつ別々に豆電球をつなぐと、みんな明るくつく。
●回路が豆電球の数の分だけあるこのようなつなぎ方を「並列つなぎ」と言います。
| ≪やってみよう≫平角乾電池の２つの極から、はだか導線をのばして、これに豆電球をたくさんつなげてみましょう。 このつなぎ方も「並列つなぎ」です。 |
○プラス極かマイナスの極の所に電流計を直列に入れて、電流をはかってみよう。
点いている豆電球の数によって、電流の大きさがどうなるか調べてみよう。
| ４．実際の家の中では、電球などのつなぎ方は直列だろうか、並列だろうか。 |
○一つの電球が切れても、他の電球は点いています。何つなぎだろう。
○クリスマスツリーは、多くの電球が一緒に点いたり消えたりしています。何つなぎだろう。
○電球の直列つなぎ、並列つなぎは、どんな時に便利でどんな時に不便だろう。
＜ねらい＞ ・乾電池の並列つなぎは、明るさは変わらないが長い時間はたらき続けることができること。
豆電球のつなぎ方には直列と並列つなぎがありました。
乾電池も同じように直列と並列つなぎがあります。
図のように同じ極どうしをつなぐつなぎ方を『乾電池の並列つなぎ』と言います。
| １．乾電池２個を並列につないで、豆電球１個につなぎます。 豆電球の明るさは、乾電池１個の時より明るいでしょうか。 |
◇予想を立てる。 ア．１個の時より明るい
イ．同じ
ウ．暗い
◇人数分布を確かめる。どうしてそう思ったかを発表させる。
◆実験◆ ＜教師実験＞
◆結果…乾電池１個と明るさは同じ。
| ２．並列つなぎの乾電池をもっと増やしたら、豆電球の明るさは増すでしょうか。 |
○予想して、実験してみましょう。
○明るさが変わらないということは、電流の大きさも変わらないのだろうか。計ってみよう。
・電池を増やしても、明るさは変わらない。
・豆電球に流れる電流もかわらない。
| ３．では、乾電池の並列つなぎで、いいことはないのでしょうか。 |
・一つひとつの電池が長持ちする。
○単３の乾電池を使って、乾電池１個の場合と２個並列の場合と、豆電球（モーター）につないで長持ち競争をしてみよう。
| 《お話し》 昔、今より乾電池の性能が良くなかったころ、ラジオなどで乾電池を並列つなぎで入れて使っていました。 しかし最近の乾電池は長持ちするようになったので、並列つなぎで使う器具はあまり見られなくなりました。 また、電池の大きさには単１から単６までいろいろありますが、、単２より単１と電池が大きくなるほど長持ちするのです。 |
| ４．豆電球と乾電池のいろいろなつなぎ方をまとめよう。 |
●豆電球の直列つなぎ…豆電球が多くなるほど暗くなる。１つ切れるとみんなつかなくなる。
並列つなぎ…一度にたくさんつけられる。電池が消耗する。
●乾電池の直列つなぎ…つなぐほど電流が大きくなる。
並列つなぎ…電池を増やしても豆電球の明るさは変わらないが長持ちする。
＜ねらい＞ ・光電池に光が当たると電流が起きて、モーターを回すことができること。
・実際のくらしの中で、どんな道具に使われているかを理解する。
| １．光電池からの導線にモーター(プロペラつき)をつないで回路を作りましょう。 光電池に太陽の光を当ててみよう。強いランプの光を当ててみよう。 |
・日かげや光をさえぎると、モーターが止まる。
・光が当たったときだけ、モーターが回る。
| ２．より速くモーターのプロペラを回すには、どうしたらいいだろうか。 いろいろ工夫してみましょう。（検流計も入れて） |
◆実験◆ ＜児童実験＞
○検流計で電流の大きさを見ながら実験しよう。
①光が光電池の面に直角に当たるように、光電池の向きを変えてみよう。
②ランプを使っている時は、ランプを近づけたり、より強いランプにしてみよう。
③鏡を使って、光電池にたくさんの光を集めてみよう。
| ３．光電池は、どんなところで使われているでしょうか。調べてみましょう。 |
・電卓、庭にある灯、屋根にソーラーパネルを置いている家もある。
・ソーラーカー、人工衛星
○教科書Ｐ２２～２３も読みましょう。
＜ねらい＞ ・児童の疑問や興味を発展させて、調べ学習をする。
| １．乾電池や光電池のほかにも、いろいろな電池があります。 電池のことをいろいろ調べてみよう。 |
＜調べ学習＞ 図鑑、自由研究の本、インターネットなどで資料を収集。
⇒内容的に難しいものもあるので、あまり深入りしない程度で。
例えば ○ 乾電池はどんなしくみになっているのかな。
○ 電池には、どんな種類があるのかな。
○ 自分でも作れる電池には、どんなものがあるかな。などなど。
＜ねらい＞ ・乾電池のおおよそのしくみに気づき、備長炭電池やレモン電池を作ることができる。
電池のことを調べた児童の中から、電池の仕組みについて調べた児童に、簡単に発表させる。
| １．電池の仕組みについて、調べた人に紹介してもらいましょう。 |
ｏ資料を簡単に読みあう程度で。
●電池は、２つの種類の金属と溶液でできている。一方の金属が溶けて電気が発生する。
| ２．では、備長炭電池を作ってみましょう。 |
◆実験の準備◆
ｏ２種類の金属として、アルミと備長炭（電気を通しやすい）を使います。溶液は食塩水です。
① バットに濃い食塩水を作る。
② 備長炭にキッチンペーパーを巻きつける。備長炭の一方の角はキッチンペーパーを絞る。
③ 食塩水にキッチンペーパーを巻いた炭をひたす。
④ アルミホイルを巻きつける。炭とアルミホイルが直接ふれないように巻く。一方の角はアルミを絞る。
⑤ みのむしリード線を取り付けやすいように、炭の極には目玉クリップを取り付ける。
ｏ備長炭が＋極、アルミホイルがー極になる。
| ３．作った備長炭電池に、モーターや電子オルゴール、ＬＥＤをつないで、電池になっていることを確かめよう。 |
・ モーターが回った。電気が起きている。
・ 電子オルゴールも鳴って、曲が聞こえたよ。
・ ＬＥＤライトはつかないな。どうしてだろう。
○ＬＥＤはつかない。どのくらいの電圧が起きているのか、はかってみよう。（教師実験）
| ４．ＬＥＤライトをつけたい。どうしたらいいだろう。 |
・ 備長炭電池を直列につなげばいい。やってみよう。
○ ＬＥＤがつけられたら、モーターにもつないでみよう。回る速さはどうなったかな。
| ５．銅と亜鉛、そしてレモンでも電池が作れます。（レモン電池）作ってみよう。 |
○ モーターを回そう。
○ もっと早く回したい。レモン電池を直列に何個もつないでみよう。
| ６．備長炭電池のアルミホイルがどうなっているか見てみよう。 |
◆実験済みのものを用意しておく。
・穴が開いている。アルミが溶けたんだ。
●アルミが溶け出すことで電気が発生するのです。
●レモン電池も、亜鉛が溶け出しているので、実験に使ったレモンは食べてはいけないのです。