「エネルギーのさまざまな形」―手回し発電機を使って―

〖日 時〗
2012年 8月 22日 13:30 ~ 17:00
〖担 当〗
植松 晴子

 新学習指導要領の「物質とエネルギー」には,手回し発電機による実験が導入され,電気を作る,蓄える,利用するということを学ぶ.ここではその流れをたどりながら,電気的なエネルギーを中心としたエネルギー変換をテーマとした.
 初めに,キーワードである「エネルギー」を正しく理解するために,日常用語との区別をしながら,物理で用いる「力」,「仕事」,「エネルギー」の概念と,さまざまな形態をとるエネルギーの変換について講義した.電気を作ることも利用することもエネルギー変換にあたり,エネルギーは形態を変えているだけでその総量が保存することも説明した.前半の実験では,手回し発電機を豆電球や発光ダイオード(LED)に直結し,手ごたえとして感じる仕事の大きさと消費電力の対応を確かめた.また,手回し発電機で充電したコンデンサーを電源にして豆電球やLEDを点灯させ,電流と電圧から消費電力を実測しながら,点灯時間が桁違いに異なることを確かめた.
 次に,発電機・モーターやコンデンサーの原理について説明するとともに,消費電力を考える際に必要な電流・電圧・電気抵抗などの電気回路に関わる諸概念を講義した.後半の実験では,手回し発電機で充電したコンデンサーを用いて,音や運動のエネルギー,おもりを持ち上げる仕事などに変換した.また,乾電池に接続する電熱線の太さを変えて発熱量を観察し,一定電圧では抵抗値によって消費電力がどのように異なるかを確かめた.