豆電球の説明ができない・・・｜掲示板スレッド

　「管を流れる水流」の例で説明するのは、悪い例ではないと思います。この場合、電池は水を流すポンプ、豆電球は水を流れにくくする細い場所です。
　ポンプだけで細い場所がないと、水は大量に流れてすぎてしまいます(ショート)。ポンプ1個、細い所1箇所で流れる水を「1」として比較します。
　細い所を直列に2箇所つなげたら、2箇所流れにくい場所があるので、半減して「2分の1」の水量になります。逆に細い所を並列につなぐと、どちらを通っても良いので、通り道が2倍になり、水量も「2倍」になります。

　「豆電球一個でも管の細いところが一箇所あるから水流は細くなりそこを流れる時点で水流は減るはず」というのは、電圧と電流の違いが納得しにくいような気がします。流れにくい箇所があると、水の勢い(電圧)は弱くなるかもしれませんが、水の量そのもの(電流)は減りません。
　おそらくお子さんの頭の中は、細い所の前は先が詰まっているので水が多く、細い所を通った後は詰まってないので水がすっと流れて少ないイメージでしょう。「ポンプを流れている途中で水は消滅しないよ。」で納得すれば問題ありません。「水道管の中は真空にならないから、細い所以外は同じ水の量が流れる」と説明することもできます。これでもダメなら、強引なのを覚悟で「細い所の前は、水が行列しているから水は溜まってるけど、あまり前に進まないから、電流は多く流れているとは言えない(量は多いが速さが遅いから結局同じというこじつけ)」と説明するのもアリだと思います。

お子様には、科学者としての素質があると思います。すばらしいです。
普通の子なら、言われるがままに受け流して解ったような気になるだけですが、
きちんと自分なりに理解しようとなさっている。
どうか今の、立ち止まって追求する姿勢を失わないよう大切に伸ばしてあげて下さい。
ただ、これは時として受験勉強にはマイナスになりますが・・・・


で、目に見えない電気の流れを水の流れに置き換えて理解するのは、
よく行う手段で、とても良い方法だと思います。
でも、肝心の水の流れをじっくり観察経験する機会そのものが少ないので
誤解があるようです。
実は、水の流れにくい細い経路が長くなればなるほど、水の流れる量は少なくなります。
実験すれば明らかなのですが、結構準備がじゃまくさい実験になりますね。
乾電池と豆電球で実験する方がずっと簡単・・・・・


「豆電球＝管が細くなっている」ではなく、豆電球を水の流れを遅くする水車にして
考えてはどうでしょうか？
水車を二つ通れば、さらに流れが悪くなる・・・と納得できればよいのですが。
これだと、水圧を上げれば水車は速く回る（電球が明るくなる）・・・と発展しやすいです。

? さんへ:
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> 色々説明の例を探して、例えば管を流れる水流でいえば、豆電球のところが管が細くなり流れが悪くなるから、全体の流れは二分の一に減る、と説明してみると、豆電球一個でも管の細いところが一箇所あるから水流は細くなりそこを流れる時点で水流は減るはず、といわれ、なんと説明してよいかわかりません。


電池は一定の高さまで水をくみ上げるポンプで、豆電球を２つ直列につなげると豆電球１つあたりの
高さの差が半分になるから、水の流れる速度が半分になると考えるのがよいでしょう。
電位と電流の概念は重要なので、水の流れに置き換えるのは良い方法だと思います。
電圧を「電気を流そうとする力」でなく、電位差、すなわち「電場における位置（高さ）の差」
ととらえると、クリアーになるのでは？


電池は＋極とー極の間に１．５V分の高さの差をつけるポンプ
豆電球はエネルギーを取り出すための水車で、そこで水が落ちる
導線でつながれている部分は水が自由に移動できるから高さの差がない
電池に豆電球を並列につなぐと、水の高さの差は同じで水車が２つになる
２つの電池を直列につなぐと、水の高さの差は２倍になる
電池を並列につないでも、水の高さの差は変わらない（導線で結ばれている部分の高さは同じ）
回路が分岐する時、分岐後の水の流れの合計は分岐前の水の流れと一致する
豆電球の明るさは、水が落ちる高さの差と水の流れる速度の積


くらいを理解しておけば、中学受験レベルでは困らないと思います。

小さい子向けの話ですので、高学年なら読み流してください。


設定：電池は「お母さん」、導線は「お皿」、電球は「子供」。
約束：お母さんは皿１枚につき１食分の料理を作れる。


直列、つまり「皿１枚」のとき
子供が１人なら１食分食べられる。
子供が２人なら半分こ。

並列、つまり「皿２枚」のとき
子供が２人でも、それぞれ１食分食べられる。


以上。

皆様こんなすぐにわかりやすい説明をしていただきまして、本当にありがとうございます。
全て絵をかきながらきちんとメモしました。早速今日、子供に説明をしたいと思います。
こんな風にすぐ説明をしてもらえる皆様のお子さんは、本当に幸せですね。
自分の学力のなさを痛感しました。

ちなみに子供には塾で聞いてらっしゃいと何度も言ったのですが、「塾の先生はこういったことの説明の時は必ず時間をかけずにぱっとすませるし、覚えてることをしゃべるだけという感じ。聞いても絶対にうまく説明する事ができないのはわかる、だから無駄だ。」といって聞きにいってくれないので、本当に助かりました。
私も子供の頃に、親にこんな風に説明してもらえていたら、もっと理科がすきになっていたと思います。

〆られたあとですみません。興味深いテーマなのでもう少しよろしいでしょうか。


水の流れによく例えられる電流ですが電位差は上手く説明できなかったので 助かりました。 回路全体を斜めに置くことによって 電位差を表現するのですね。



＜導線でつながれている部分は水が自由に移動できるから高さの差がない

導線部分は 斜面の高低差に対して垂直に配置し、抵抗(水車）は平行に配置する、というイメージでよろしいのでしょうか。



並べる水車ですが どの様な水車が よいでしょうか。 発展問題になっていってもつじつまの合う説明はどちらでしょうか。


水車A:水車は家庭電化製品のように一定の電流で回転し、一定の速度で回転するので その回転数（仕事量）によって 電池の減少量が決まる。


水車B:水量（電流） 高さ（電圧）により 回転速度も回転数も変わる。


また 回転数や回転速度は 豆電球の明るさや、電熱線の発熱量を考えたときに 何に対応させるべきでしょう。


抵抗と電流の反比例についてですが、
水車の数（抵抗）が多くなれば 道が狭くなり 流れる水の量（電流）は減る、では矛盾が生じるでしょうか。


抵抗の断面積と長さ、発熱量、これらは 何に対応するとよいでしょうか。もしも抵抗を水車に例えるとするならば 長い抵抗と 太い抵抗、どんな水車、どんな並び方にすればよいでしょうか。
豆電球をしっかり理解したあと、ここから先は何に例えることもなく そのまま理解させた方がよい気もします。



想像だけでは煮詰まってしまって 途中で頭の中の模型が動かなくなってしまいます。
良い説明の仕方 イメージの仕方を教えて下さい。

-[削除しました][削除しました]- 様 さんへ:
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> 回路全体を斜めに置くことによって
> 電位差を表現するのですね。

斜めといっても、導線で結ばれた部分はほとんど水平のイメージですが。

> 導線部分は
> 斜面の高低差に対して垂直に配置し、抵抗(水車）は平行に配置する、というイメージでよろしいのでしょうか。


そして、導線部分は限りなく水平に近い、というイメージです。


> 並べる水車ですが どの様な水車が よいでしょうか。
> 発展問題になっていってもつじつまの合う説明はどちらでしょうか。
>
>
> 水車A:水車は家庭電化製品のように一定の電流で回転し、一定の速度で回転するので
> その回転数（仕事量）によって
> 電池の減少量が決まる。
>
>
> 水車B:水量（電流） 高さ（電圧）により
> 回転速度も回転数も変わる。


電力＝電位差×電流なので、Bの方が適していると思います。


> また 回転数や回転速度は
> 豆電球の明るさや、電熱線の発熱量を考えたときに
> 何に対応させるべきでしょう。


単純にエネルギー量のみを考えればよいと思います。
電力＝電位差×電流
と
力学的位置エネルギー＝高さ×質量
を対応させるのです。電流の場合は単位時間あたりの電気量になってますが。


> 抵抗と電流の反比例についてですが、
> 水車の数（抵抗）が多くなれば 道が狭くなり
> 流れる水の量（電流）は減る、では矛盾が生じるでしょうか。
> 抵抗の断面積と長さ、発熱量、これらは
> 何に対応するとよいでしょうか。もしも抵抗を水車に例えるとするならば
> 長い抵抗と
> 太い抵抗、どんな水車、どんな並び方にすればよいでしょうか。


そこは真剣に考えたことがなかったのですが、
抵抗を並列に接続した時の電流の分配を考えるときは水路の太さ
（太い方にたくさん流れる）
抵抗を直列に接続した時の電位差の分配を考えるときは水路の長さ
（長い方が高低差が大きくなる）
で説明をするのがわかりやすいような気がします。


> 豆電球をしっかり理解したあと、ここから先は何に例えることもなく
> そのまま理解させた方がよい気もします。


電位差が「電気を流そうとする力」ではなく「相対的な高さの差」であり、
原点の取り方によってマイナスにもなりうるということを理解しておいた方が
将来役に立つと思って、こんな教え方をしてきました。
細かいところで矛盾点が出てくるかもしれないので、何かお気づきでしたら教えてください。