Teach レッスン
LEDはいつ光り始める?
電圧を変えて実物の緑色LEDを観察し、抵抗の電圧測定から電流を調べます。
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。
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学習目標
6回の測定から、電源電圧の変化と計算で求めたLED電流を関連付ける。
カメラによる観察、電気的な測定、推定を区別する。
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。
点灯・消灯だけではわからないこと
5 min
充電器の小さな表示灯は、光るか暗いかだけの単純なものに見えます。では、電源電圧を上げると何が起こるでしょうか。1 kΩの抵抗を変えずに緑色LEDを調べ、カメラ画像と電気的な測定を比べます。
Hiveを開く前に、1~5 Vで電流と見える光がどう変わるか予想し、理由を説明してください。予想が実際の結果と一致する必要はありません。
光を調べる
18 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。
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。
測定の前に
測定の前に。 メーターは抵抗の両端に接続されています。何を測るのか、その値からLED電流をどう計算するのか、自分の言葉で説明してください。実験室を開く前に、上の説明で考え方を確認しましょう。
緑色LEDを開く
緑色LEDを開く
下の緑色LED回路を開きます。初期値は1 Vで、メーターは1 kΩの抵抗の両端に接続されています。
結果表の6つの電圧設定を順に使い、正側電源だけを変更します。各設定で測定を実行を押します。
最後は正側電源を3 Vに戻し、他の設定は変えません。完全な一致を期待せず、新しい結果を記録します。
表が完成したらHiveのセッションを終了します。
授業セッションで利用できます
結果
1、2、3、4、5 V、最後に再び3 Vの順で6行を埋めます。測定ごとにV_RをVで入力し、IをmAで計算し、カメラの観察を選びます。最後の行は3 Vの再測定です。余分な行は空欄にしてください。
| 測定回 | 設定電圧 V | 抵抗の電圧 V | 計算した電流 mA | カメラの観察 |
|---|---|---|---|---|
結果を説明する
12 min
最初の3 Vの行を使って、電流をmAで示し、V_Rと1 kΩからの計算を説明してください。
電源電圧を上げると電流はどう変わりましたか。2行のデータを根拠に説明し、同じ1 Vの増加で電流も同じだけ増えたか述べてください。
3 Vの2行を比べると何を確認できますか。暗いカメラ画像や回路図だけでは、電流が正確にゼロだと証明できないのはなぜですか。
写真で表示灯が見えにくいとき、電流が流れていないと判断する前に、どの電気量を確認しますか。ここではどう求められますか。
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。
このプレビューを実際の授業セッションに
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