Teach リモートラボを使うレッスン

Teach レッスン

3つの灯り、独立した枝

他の枝が同じ電源を使うとき、LEDの枝で何が起こるか調べます。

  • エレクトロニクス - ハイブ
  • 40 min
  • 中学校後半~高校初年、14~16歳
  • 日本語
  • 電子工学 · 物理学 · 技術

教員アカウントでログインして授業セッションを準備します。生徒はクラスコードで参加します。

回路図。正側電源から抵抗を通ってLEDのアノードへつながり、カソードは0 Vへ戻る。電圧計は抵抗と並列で、直列ではない。
エレクトロニクス - ハイブ

学習目標

  • 並列の枝が1本、2本、3本のときの緑色の枝電流を比べる。

  • 枝の独立性を説明し、枝電流と全電流を区別する。

生徒用アクティビティのプレビュー

アクティビティの内容

プレビューのみです。 授業セッションでは、生徒が回答を入力し、教員に提出できます。

1

灯りを増やすと他の分が減る?

5 min

操作パネルに表示灯を追加する場面を想像してください。「分け合う」ため、最初の灯りの電流は減るでしょうか。Hiveでは緑だけ、緑と赤、3色すべてを比べられます。各枝に専用の1 kΩ抵抗があり、すべての枝が同じ電源とグラウンドの間につながります。

5 Vに固定したまま赤と黄の枝を追加すると、緑の枝電流はどう変わると予想しますか。考え方を説明してください。

2

枝を増やし、同じ場所を測る

22 min

回路を理解する

実験室ボタンで、実物の装置に配線済みの回路が開きます。枝とは、抵抗とLEDを含む電流の通り道です。LEDにはアノード(A)とカソード(K)があり、向きは設定済みです。正側電源の値を確認・変更するには直流電源、測定電圧を読むにはマルチメーターを選びます。変更のたびに測定を実行を押し、結果と装置の写真が更新されるまで待ってください。設定を変えるだけでは新しい結果は得られません。キーボードで電圧を調整する場合は、ノブにフォーカスを移します。左右キーで変更幅、上下キーで値を変えます。測定前に表示電圧を確認してください。

メーターは抵抗の両端の電圧 $V_R$ を読みます。VDCの値をボルトで記録し、mV表示なら1 000で割ります。例えば240 mV = 0.240 Vです。uV(マイクロボルト、µV)表示なら1 000 000で割ります。300 uV = 0.000300 Vです。抵抗が1 kΩなら $I\,\text{(mA)}=V_R\,\text{(V)}$ です。このように、測定電圧と指定された抵抗値から電流を計算します。

実際の光はカメラの写真で観察します。図の推定発光は直近の結果を表すもので、光の測定ではありません。カメラ画像を比べるときはオフにしてください。反射で光が判別できなければ、消灯と決めつけずに判別できないを選びます。装置には状態表示灯もあります。回路のLEDがはっきり見えない場合は、回路と電圧を変えずに測定を実行をもう一度押してください。結果と写真の更新後、再びLEDを観察します。最初と再測定の値、見え方の変化を記述回答に短く残し、表には再測定の結果を使います。まだ判別しにくければ判別できないを選んでください。別の灯りから結論を出したり、期待した結果になるまで繰り返したりしないでください。

各結果の下にある装置名を確認してください。連続する測定でも異なるHive実機が使われることがあります。そのため、小さな差は部品の違いによる可能性があります。過去の記録と表示された結果は、新しい独立した測定ではありません。

回路の保護を保つ

用意された配線と抵抗をそのまま使います。0~5 Vの正側電源だけを使い、この活動では1~5 Vに設定してください。LEDを電源に直接つないではいけません。他の電源やファンクションジェネレーターは変更しません。メーターは抵抗の両端に接続済みです。直流電圧モードを保ち、電流や抵抗のモードに変えないでください。

回路図。正側電源から抵抗を通ってLEDのアノードへつながり、カソードは0 Vへ戻る。電圧計は抵抗と並列で、直列ではない。

抵抗の両端の電圧から、その枝の電流を求めます。AとKはLEDの端子を示します。

3つの並列経路が正側電源と0 Vを共有する。各経路に専用の1キロオーム抵抗と、緑・赤・黄のラベル付きLEDがある。電圧計は緑の枝の抵抗だけを測る。

電源からグラウンドまで1本の枝をたどってください。電圧計は緑の枝の抵抗だけに接続されています。

回路を切り替える

1つの回路を使い終えたらHiveのセッションを退出し、この活動に戻ってから次の実験室ボタンを開きます。各ボタンは別の回路を読み込みます。前の回路を使い回したり、メーターを配線し直したりしないでください。

緑のみ

  1. 緑のみ

  2. 5 Vを確認し、メーターを緑の枝の1 kΩ抵抗の両端につないだままにします。測定して緑のみの行を埋め、Hiveを退出します。

授業セッションで利用できます

緑 + 赤

  1. 緑 + 赤

  2. 5 Vを確認し、メーターを緑の枝の1 kΩ抵抗の両端につないだままにします。測定して緑 + 赤の行を埋め、Hiveを退出します。

授業セッションで利用できます

緑 + 赤 + 黄

  1. 緑 + 赤 + 黄

  2. 5 Vを確認し、メーターを緑の枝の1 kΩ抵抗の両端につないだままにします。測定して緑 + 赤 + 黄の行を埋め、Hiveを退出します。

授業セッションで利用できます

緑のみを再測定

  1. 緑のみを再測定

  2. この最後の回路を5 Vで開き、緑の枝の抵抗を再び測定し、緑のみ・再測定を埋めます。装置名を確認してください。別のHive実機かもしれません。

授業セッションで利用できます

結果

4行とも5 Vを使います。どの回路でもメーターは緑の枝の抵抗だけを測ります。V_RをV、I_greenをmAで入力します(1 kΩなので数値は同じです)。装置全体の明るさではなく緑色LEDを観察します。最後の行には最後の再測定ボタンを使い、余分な行は空欄にしてください。

回路 緑の枝の抵抗電圧 V 緑の枝電流 mA カメラの緑色LED
3

枝電流と全電流を区別する

13 min

3色の回路での緑の枝電流から、緑だけで最初に測った電流を引いてください。符号付きの差をmAで示し、使った2つの値も示しましょう。

枝を増やすと緑の枝電流は大きく変わりましたか。3つの構成と再測定を使い、結果が支持する結論を説明してください。

回路を変えずに文章で答えてください。このメーターの値から、3つの枝に供給される全電流がわかりますか。求められる電流と、全電流のために追加で必要な測定を説明しましょう。

小さな測定差を追加した枝の影響と判断する前に、何を確認しますか。

提出

すべて測定したらHiveを退出してここに戻ります。実習を完了済みにし、必須の行と回答をすべて確認して提出してください。

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