理科エネルギー③電流のはたらき（電熱線の発熱・電磁石・コイル・モーターと発電）
電熱線の太さ・長さと発熱・水の温度上昇の計算・直列と並列の発熱・電力（W）と発熱・電球の明るさ・電磁石の強さと条件・右手のにぎり方と極・方位磁針のふれ方・モーターのしくみと整流子・手回し発電機・コンデンサー・光電池・エネルギーの変わり方
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この教材でできるようになること
- 同じ電池につないだ 電熱線の太さ・長さ と発熱の関係を読み、水の温度の上がり方 を計算できる
- 電熱線を 直列・並列 につないだときの発熱をくらべ、電力（W） と発熱・電球の明るさを結びつけられる
- 電磁石の強さ（巻き数・電流・鉄しん）を、条件をそろえた実験 から説明できる
- 電流の向きから 電磁石の極 と 方位磁針のふれ方 を答えられる
- モーター が回るしくみと、発電・コンデンサー・光電池、エネルギーの変わり方 を説明できる
レッスンの内容
レッスン1 電熱線の発熱
1本だけつなぐとき太いほど・短いほど発熱大／時間に比例・水の量に反比例
めやす20分
レッスン2 電熱線のつなぎ方と発熱
直列＝長さをたす・並列＝太さをたす／直列は流れにくい（細い・長い）方、並列は流れやすい（太い・短い）方が発熱大／電力（W）：発熱はW×時間・同じ種類の電球を1つずつ使えばWが大きいほど明るい
めやす22分
レッスン3 電磁石と方位磁針
巻き数・電流・鉄しんで強く／右手でにぎって親指がN極／導線の下・南→北でN極は西
めやす25分
レッスン4 モーターと発電
コイルと磁石で回る・整流子／手回し発電機・コンデンサー・光電池／電気→光・熱・音・動き
めやす20分
例題を1問やってみよう
資料1 電熱線の太さ・長さと、水100gの温度の上がり方
| 電熱線 | 太さ（断面積） | 長さ | 電流（ア＝1） |
|---|---|---|---|
| ア | 0.1mm² | 10cm | 1 |
| イ | 0.2mm² | 10cm | 2 |
| ウ | 0.1mm² | 20cm | 0.5 |
| 1分後 | 2分後 | 3分後 | 4分後 | 5分後 | |
|---|---|---|---|---|---|
| ア | 1℃ | 2℃ | 3℃ | 4℃ | 5℃ |
| イ | 2℃ | 4℃ | 6℃ | 8℃ | 10℃ |
| ウ | 0.5℃ | 1℃ | 1.5℃ | 2℃ | 2.5℃ |
教材用の仮のデータです。計算しやすくした値で、実際の乾電池1個では、温度はこれよりずっとゆっくり上がる。電熱線はどれも同じ材料。同じ電池に1本ずつつないで、水100gに入れてあたためた（電池が電流をおし出すはたらきは、どの電熱線・どのつなぎ方でも同じで、実験の間も変わらないものとする。出た熱はすべて水をあたためるものとする）。太さは切り口の面積（断面積）。
資料1を見て答えよう。
①電熱線の 太さ と発熱の関係を調べるには、どの2本をくらべる？
- アアとウ
- イアとイ
- ウイとウ
②ウで水100gを4分あたためると、何℃上がる？
（ ）℃
③アで水50gを3分あたためると、何℃上がる？
（ ）℃
答えと解き方を見る
答え ① イ アとイ ② 2℃ ③ 6℃
わかっていること ア：0.1mm²・10cm、イ：0.2mm²・10cm、ウ：0.1mm²・20cm。水100gを1分でア1℃・イ2℃・ウ0.5℃上げる。
考え方 ①太さだけを変え、長さ（10cm）はそろえたアとイをくらべる。②ウは長さがアの2倍→発熱は半分→1分で0.5℃→4分で2℃。③アは100gを1分で1℃上げる。水が半分の50gなら2倍の2℃→3分で6℃。
- ①変える条件（太さ）以外をそろえる
- ②0.5×4＝2
- ③1×2×3＝6
たしかめ ②表のウの2分後（1℃）の2倍で2℃。③発熱の大きさ：100g×3℃（アを3分）＝50g×6℃で同じ。
よくあるまちがい
電池の＋極と－極を導線だけでつなぐ（ショート回路）と、大きな電流が流れて導線や電池が熱くなり、やけどや電池の液もれの原因になって危険 です。
実験は学校で、先生の指示にしたがって行います。
「長いほうが熱がたくさん出る」もまちがい。1本だけつなぐときは 短い ほうが大きい（長いほうが大きくなるのも、直列につないだとき）。
ア2本を同じ水に入れるとき、直列にすると全体の発熱は1本のときの 半分、並列にすると 2倍。
鉄しんのかわりに アルミニウムや銅 の棒を入れても、ほとんど強くならない（磁石につく鉄だからはたらく）。
電磁石の回路はほとんど導線だけなので、電流を長い時間流し続けない（導線や電池が熱くなる）。
コンデンサーとLEDには ＋と－の向き がある。逆につなぐとLEDは光らず、コンデンサーはこわれることがある。つなぐ向きを先生とたしかめる。
光電池の実験で太陽の光を使うときも、太陽を直接見ない。
教材のつくり
説明と例題 → 手助けつき（3段階のヒント）→ 自力 → 確認テスト → 数日あとにもう一度、の順で身につけます。まちがえたときは「どこでつまずいたか」を聞き返します。
| 段階 | 問題数 |
|---|---|
| 手助けつき練習 | 7問 |
| 自力の練習 | 10問 |
| 応用 | 6問 |
| 確認テストA | 6問 |
| 確認テストB | 6問 |
| 後日の確認 | 6問 |
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出典・この教材の範囲
電熱線・電磁石・コンデンサーの実験の数は 教材用の仮のデータ です（電池が電流をおし出すはたらきはどの電熱線・つなぎ方でも同じ、出た熱はすべて水をあたためる、など理想化しています。実際の乾電池では、水の温度はもっとゆっくり上がります）。電力（W）は、Wが大きいほど発熱が大きい（発熱はW×使った時間に比例）・同じ種類の電球は1つずつ使えばWが大きいほど明るい（直列ではWの小さい電球のほうが明るい）、までをあつかいます。家のコンセントの電気を使う問題は 考えるだけの問題 で、コンセントの電気で実験はしません。電圧・電流から電力を計算するしかた（中学校の内容）はあつかいません。答えはプログラムで計算しなおしています。電熱線は熱くなり、ショート回路は危険 です。実験は学校で、先生の指示にしたがって行いましょう。