【問題解決学習】 電気の世界の法則を探ろう!
自分の疑問を自分で解決していこう
☆これから約4時間,自分で実験の方法を考えて,追求していく授業をになります.
みなさんは,パフォーマンステストに合格し,もう電圧計,電流計,テスターなどを使いこなせるようになっているはずです.これらの器具は,みなさんが疑問を解決していくときの強力な手助けになるでしょう.積極的に実験をして,疑問を解明していきましょう.
☆しかし,自分だけの実験や考えでは,なかなか思うように進まないことがあります.そんなとき,ほかの人との情報交換が大切になってきます.自分の実験でわかったことを他の人に伝えたり,他の人から情報をもらったりすることが大切になってきます.(何も考えずに情報をもらうだけでは,かえってマイナスになることもあります.)
☆ノートが見やすいものになるように,色カードを使います.また,ノートをその場でどんどん印刷して配り,情報交換に使います.ノートをけちらず大いに記録しましょう!
印刷できるように,ノートは1ページでひとまとまりになるように書いて下さい.
いきなり「どうぞご自由に」といわれても,困るかもしれませんね.では,はじめに次の実験を見て下さい.ここで疑問に思ったことからスタートしましょう.
【スタート】
AとBの2つの電球があります.Aは100ワット,Bは40ワットです.(当分の間,ワットについては,気にしなくてよいです.AとBの名前で区別すればよいです.)
1つずつスイッチをいれて電流を流すと( )の電球の方が明るく輝きます.
では,直列回路にしたら,AとBの電球ではどちらが明るく輝くでしょうか?
●予 想
ア Aの電球の方が明るい.
イ Bの電球の方が明るい.
ウ AもBも同じ明るさである.
エ そのほか
●理 由
●討 論……友だちと意見を出し合いましょう.
●実験の結果
●この実験で疑問に思ったことを記入しよう.これが,スタートになります.
☆みなさんの実験では,100V用の電球ではなく電流学習セットの中の豆球を,電源に は乾電池(3個直列)を使います.
A:100W電球 → 3.8V用豆電球
B: 40W電球 → 6.3V用豆電球
電源:コンセント →
乾電池3個直列または電源装置(4Vぐらいで)
☆前にある100V用の電球をつけ変えてみたりしてもよいですが,ソケットの中の金属 をさわると感電しますので,注意して下さい.
☆では,みなさんの健闘を祈ります.
ノートが書けたら,どんどん見せて下さい.代表的なものを印刷して,みんなに紹介します.先生のプリントは,しばらくお休みです.ほかのクラスのノートも,掲示します.
■問題や疑問を黄色いカードに書きます.回路図や測定値はその下に書きます.
わかったことはピンクのカードに書いてできあがり.完成したノートはすぐに先生が印刷して配ります.
友達ノートを参考にまた次の実験を進めます.
他のクラスのノートも貼ってあるので,参考に見ることもあります.
自分たちで探求した学習の感想
「いろいろな実験を自分でやってみて分かったこともたくさんあった。友達や先生のアドバイスでできたものもありました。自分でやろうと思ったことが失敗したこともあったけど,成功したときはそれ以上の喜びを味わうことができてとても楽しく実験することができました。」
「自分で考えたりやったりすることが一番楽しかった。レポート作りもけっこう考えて,みんなに分かってもらえるように自分なりにがんばって,『これ分かりやすくていいねぇ〜』と言われ,うれしく授業に身が入った4時間でした。本当にやる気の出るおもしろい授業でした。」
「一人だけだと考え出す力が限られてしまうけど,みんなのプリントなどを見ると,『こんな考え方もあったんだ』『すごいー』とか新しい発見もできるのでこれからもこんな授業をしたいです。」
「最初は全然できないと思っていたけれど,だんだん疑問も浮かんできて,友達と同じことを調べてたと気もあったけど,別に後悔しないでいい実験できたと思いました。」
「ひとつの実験をすると,次にやりたいことがいくつか出てくるので楽しかったです。」
「4時間自分で疑問に思ったことを考えて実験していくのがとても難しく,思うようにできませんでした。自分一人でやると,一体何をすればいいか,なかなか思いつかず,何も手につかない状態でした。でも,ほかの人といっしょにやり,分からなくて疑問に思ったことが分かり,とてもよかったです。それに,ほかの人がやった違う実験でも,自分たちとは違った考え方だったりするので,とても勉強になり,とても分かりやすかったです。」
「ほかの人のを見ると『こんなやり方もあるんだ』とすごいなと思いました。自由に実験するのは,4時間じゃ少ないくらいおもしろかったです。とても勉強になりました。」
■4時間探求したあとは,チェックリストにしたがって情報を整頓します.
【チェックリスト】 今までにわかったこと
まだ,わからないこと
今までにわかったことをチェックし整理して,よく考えてまとめてみましょう.
★個人票に,次の約束で記入しましょう.
◎……自分で実験して,わかっている.
○……自分では実験していないが,他の人の実験結果をみて,理解できた.
?……よくわからないので,教えてほしい.
★記入が終わったら,各項目について,次のようにしてください.
◎と○の人……?の人に説明する.または,さらに実験をする.
?の人…………◎,○の人の所に行き,教えてもらう.わかったら,?を○で囲む.
もちろん,自分で実験をして確かめてもよいです.
★新しい疑問が思いついたときは,忘れないように書いておきましょう.
なお,このプリントにある実験は,ほとんど,誰かが実験したものです.友だちの書いたプリントをよく見ると,結果が書いてありますよ.
チェックリストは省略
■チェックリストで最終的には,電力の違いが原因だとわかります.
明るさのちがいを,「電流」×「電圧」で比べると,ピッタリと説明できましたね.「電流」×「電圧」のことを電力といいます.電力の単位は,W(ワット)です.
実は,W(ワット)というのは,エネルギーの単位なのです.
(正確に言えば,「1秒あたりのエネルギー」です.)
明るさ(光)だけでなく,熱の量も比べられます.電気ストーブに,400Wとか,800Wと書いてあるスイッチを見たことがあるでしょう.800Wのときは,400Wのときの2倍の熱を出すのです.
そのほか,テレビや冷蔵庫などが,1秒間にどのくらい電気(エネルギー)を使うかも電力Wで示すことができます.電気製品には,必ず消費電力○○○Wと書いてあります.消費電力は,使用説明書の最後のページや,電気製品の裏側に書いてあることが多いです.
【考えてみよう】 電気をたくさん使ったのはどっち?
60Wの電灯をつけたときと,1000Wのこたつをつけたときでは,こたつの方が電気を多く使っていることになります.
では,60Wの電灯を10時間つけっぱなしにしたのと,1000Wのこたつを30分(0.5時間)使ったのでは,どちらが電気を多く使ったことになるでしょうか?
1秒間あたりのエネルギーの量をあらわしているのが,電力Wです.ですから,ある時間でどれだけ電気を使ったかは,電力×時間を計算すればわかります.電力×時間のことを,電力量といいます.電力量は,どれだけ電気を使ったかをあらわすのです.
電力の単位は,( )……ワットでした.
時間の単位は, h ……時です.
ですから,電力量の単位は,Wh(ワット時)になります. 1000Wh=1kWhです.
電気会社は,電力量に応じて電気料金を集めています.電気会社が使っている電力量の単位は,kWh(キロワット時)です.電気料金は1kWhあたりおよそ25円です.
【資 料】 東京電力の料金(40A契約の場合.A数によって基本料金がかわります)
基 本 料 金………………………………………………1040円
最初の120kWhまで,1kWhあたり
17.10円
120kWh〜280kWhまで,1kWhあたり
22.75円
280kWhを越える分は,1kWhあたり
24.95円
●例1 200kWhのとき
★このほか消費税,燃料調整費がかかります.
1040+17.10×120+22.75×(200-120)=4912円
●例2 400kWhのとき
1040+17.10×120+22.75×(280-120)+24.95×(400-280)=9726円
●例2 600kWhのとき
1040+17.10×120+22.75×(280-120)+24.95×(600-280)=14716円
【やってみよう】 いろいろな電気器具の表示や説明書で,消費電力を調べてみましょう.
【ホームページ紹介】 東京電力
【やってみよう】 あなたの家の電気の使用量を調べてみよう
毎月の「電気ご使用量のお知らせ」を見たことがありますか?家に帰ったら,見せてもらいましょう.
東京電力では,省エネに役立つように「電気のシェイプアップカルテ」を無料で発行しています.あなたの家の毎月の電気の使用量を,1年分グラフにしたものを送ってくれるのです.
【クイズ】
蓮田中学校の電気代金は1ヶ月いくらでしょうか?
ア 5万円 イ 10万円 ウ 20万円 エ 30万円
だれもいない教室の電気がつけっぱなしになっていませんか?
教室にはけい光灯が何本ありますか?
1本が40Wです.全部ついていると,1時間にいくらかかりますか?
全部の教室で電気がついていたら,1時間いくらでしょう?
【クイズ】
あなたが夜遅く電気を使っているとき,どのくらいが原子力発電によるものでしょう?
ア 20% イ 40% ウ 60% エ 80%
【読み物】 待機電力(たいきでんりょく)
参考:日本経済新聞97年2月9日
「待機電力」って聞いたことがありますか?テレビやエアコンなどがリモコンですぐつくのも,VTRが録画時間を記憶しているのも電気を使っているからなのです.
スイッチを切っている間も,いつでも動き出せるように「待機」状態を保つのに使われている電力が待機電力です.省エネルギーや環境問題から見れば,電気の無駄遣いです.
5人家族のある家庭で調査したところ,待機電力の合計は,110Wにもなっていたそうです.一般家庭の待機電力は,電力消費の15%にもなるとのこと.電気料金が月に7000なら,そのうちの1000円が待機電力の無駄遣いです.年間では1万2000円にもなりますから,バカになりません.
使用説明書にある待機電力を見てみましょう.
【練習問題8】
Aくんの家のブレーカーには,30Aと表示されていました.ということは,30A以上の電流が流れると,切れてしまうということです.
ある日,お姉さんがエアコン(1200W)とテレビ(100W)使い,弟がこたつ(400W)を使い,お父さんが掃除機(600W)を使い,Aくんがドライヤー(1200W)を使ったら,停電してしまいました.
このとき,何Aの電流が流れたのでしょうか.
【やってみよう】 電力量計を見てみよう!
毎月,東京電力の人が,あなたの家の電気の使用量を見に来ますね.そのとき見ているメーターが電力量計です.使った電力量が表示されていますので,家に帰ったら見てみましょう.
大量に電気を使っているときには,メーターがドンドン動いているのがわかりますよ!
【読み物】 電気の浪費 +
ゴミ出しマシーンの自動販売機!?
日本には,世界に類を見ないほどたくさんの自動販売機があります.ありすぎます! コーラ,ジュースなど,飲料用の自動販売機だけで,何と257万台(89年).国民47.5人あたりに1台の割合です.
飲料水の自動販売機は,日当たりのよいところでも飲み物を冷やすために,たくさんの電気を消費します.
平均600W,動いている時間が30%として計算すると,全国で1年間に40億5500万kWhの電力が,飲料用の自動販売機のために使われていることになります.
これは,100万kW級の原子力発電所が,飲料用の自動販売機専用に1年間フル運転しなければならないということになります.あなたが,いつでもどこでも冷たい,またはあったかい飲み物を手にするために,原子力発電所が1カ所専用に動いているのと同じなのです!
缶飲料を自動販売機で冷やすのに,1缶あたり245Wh=0.245kWhの電力を消費していることになります.
また,自動販売機では,割れやすいガラスより缶やプラスチックの容器が多く使われます.そして,大量の空き缶,あきびんが町中にまき散らされる結果となっているのです.
なお,タバコなどの自動販売機も入れると,400万台以上もあるというのですから,日本は自動販売機天国! 全国津々浦々にある自動販売機は,日本では当たり前になっています.けれども,欧米諸国では,景観を乱すものとして,設置の場所や量を厳しく規制しています.
先生は,ハワイ島に行ったとき,「英語をしゃべらずに済むから自動販売機で買おう」と思って探したのですが,ついに1台も見つかりませんでした. 参考文献『地球と生きる55の方法』(ほんの木)
【ホームページ紹介】 二酸化炭素の排出量リスト
http://www.geic.or.jp/Choco2/
地球環境パートナーシッププラザでは,車や家庭電気製品の二酸化炭素排出量を機種別に紹介しています.商品を選ぶときは,デザインや機能だけでなく,省エネタイプであるかどうかも重要なポイントです.ぜひ,参考にしましょう.