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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。

  • エレクトロニクス - ハイブ
  • 35 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

  • 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。

1

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。

2

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。

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。

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

  1. 緑色LEDを開く

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. 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
3

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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