回路のわかりやすい考え方 3〜回路全体をイメージ・回路を難しく考えない姿勢・電気が「難しい」「出来ない」から「出来る」へ〜|中学受験・理科

前回は「回路のわかりやすい考え方・解き方 2〜電流の流れ ・電流の流れと高さ・電流がグルッと・「電流は抵抗の逆比」を理解〜」の話でした。

目次

回路を難しく考えない姿勢:理解する姿勢

基本的回路(新教育紀行)

「オームの法則」をしっかり理解したので、上記のような基本的回路を考えましょう。

小学生・中学受験生の中には、上記の様な回路は、

これは、
すぐ出来るよ!

この部分の合成抵抗が〜で、
こっちの合成抵抗が〜で_・・

とサラサラ解ける方もいらっしゃると思います。

あるいは、

「合成抵抗」って、
なんだか難しい・・・

と頭を抱えて、悩んでしまう子もいらっしゃるでしょう。

まず、「回路」という言葉が大人向けで「いかにも難しい」雰囲気です。

回路

・電池がエイッと電圧を発生させて、電流がグルッと一周するモノ

高校物理以降の回路は、磁場なども登場して難しくなります。

まず、小学校の理科・中学受験の理科では、上記のように考えましょう。

「回路」というのは、「電流を持ち上げる電池と(豆)電球・抵抗が登場する」だけです。

そして、その結果、「グルッと電流が流れる」イメージをしっかり持ちましょう。

電気・電流に対して、

難しい・・・
出来ない・・・

と考えている方には、ぜひ出来るようになって欲しいです。

「すでにある程度分かっている」方も、「基本的イメージ」をしっかりして、応用力をつけましょう。

「合成抵抗」などの公式を、暗記していることも大事です。

さらに「なぜ、そうなるか?」をしっかり理解していると、学力が飛躍的に上がるでしょう。

図形の比と面積比(新教育紀行)

算数で「平面・相似図形の面積比」は「相似比x相似比」という公式があります。

この内容は「公式」というよりも、「原理」「事実」に近いですが、理由を理解することが大事です。

これらの「基本的公式・原理」を「丸暗記」ではなく「理解・習得する」姿勢は、学力アップの近道です。

別れて、合流する電流をイメージ

基本的回路: 電圧降下(新教育紀行)

Aの部分で一度、「抵抗の大きさに反比例」して分かれた電流が、合流してBへ向かいます。

この「別れた電流の下がる高さ(電圧降下)」が「同じ」という事実を考えました。

「下がる高さ(電圧降下)」が「違う」と「合流できない」のです。

雑木林の中の水流の合流(新教育紀行)

写真は、先日、東京郊外の雑木林の「自然見学会」に子どもと参加したときの光景です。

小高い山の中を散策し、山の上流から流れてくる水の流れがありました。

これらは、「川」というほどの規模ではありませんが、このように「水の流れ」をイメージしましょう。

水の流れが
合流すると・・・

水の幅・川の幅が
広がるね!

隅田川のような大きな川でなくても、小さな川やこのような水流を実際に見る経験は大事です。

このような水流を水が「チロチロと」、時には「ドドーっと流れる」様子を見る体験が大事です。

これは、写真・動画でも「見れば分かる」かも知れませんが、やはり実際に経験してほしい。

受験生は、このような時間は取れないでしょうから、上記の写真で「水の流れ」をイメージして下さい。

そして、来年見事志望校に合格して、しばらく羽を伸ばして色々遊びに行くことを楽しみにしましょう。

流れる電流を追いかけるイメージ

基本的回路(新教育紀行)

Bへ流れてくる電流をイメージして、流れる電流を追いかけてみましょう。

Aと同じように「分かれた電流の下がる高さ」は同じです。

基本的回路(新教育紀行)

Bで「どのように電流が分かれるか」を考えてみましょう。

Aと同じように考えて、

「電流x抵抗=電圧」の「下がる電圧」が、
同じだから・・・

抵抗の比の逆数で、
電流が分かれる!

Bでは、抵抗は同じなので、電流も同じ量で分かれます。

基本的回路(新教育紀行)

対称性を考える

ここでは、「抵抗が 1 : 1だから」と考えても、良いでしょう。

また、「同じ=対称性がある」から「流れる電流も同じ」と考えても良いでしょう。

対称性は、算数と理科に共通する大事な性質です。

正三角形の対称性(新教育紀行)
正三角形の対称性(新教育紀行)
正三角形の対称性(新教育紀行)

「同じ」や「対称性がある」ポイントに気づいたら、

何か
分かるはず!

と考えましょう。

回路全体を考える

基本的回路(新教育紀行)

合流した電流が、同じ量で分かれます。

基本的回路(新教育紀行)

そして合流して、元の電流に戻ります。

このように、「分かれる電流」と「合流する電流」を実際に色鉛筆・マーカー等で描いてみましょう。

川の流れのように、電流が流れる現象も「自然現象の一つ」と考えましょう。

豆電球・電池・導線を用意して「人為的」に作る回路ですが、そこに電流が流れる「現象」をイメージしましょう。

A,Bで、それぞれ考えましたが、全体に戻りましょう。

基本的回路(新教育紀行)

電流の流れを、全体の回路にまとめました。

「流れる電流が分かった」後は、オームの法則を考えます。

電気・電流の考え方:オームの法則(新教育紀行)

これまで、電流を考えてきましたが、電気は本質的には「電圧が主役」です。

基本的回路(新教育紀行)

ここで、「電池が持ち上げる大きさ=電圧」と、流れる電流の関係を考えましょう。

抵抗を考えて、A,Bの電圧(降下)をそれぞれ計算しました。

基本的回路(新教育紀行)

最初に、電池が「電流をエイッと持ち上げるの高さ=電圧」は、AとBの電圧降下の合計となるはずです。

AとBの電圧の比は、「2/3 : 1/2 = 4 : 3」 になります。

これで、この回路の全容が、分かりました。

これで、
流れる電流・電圧が全て分かったね。

上記のような回路を考えるときは、「合成抵抗」を考えるように教わることがあります。

そうそう。
合成抵抗を考えると早いよ・・・

でも、電流と電圧を考えると
分かりやすい。

様々な回路の問題も、このように考えると電流・電圧の全てが分かります。

確かにそう!
全部分かるのは、嬉しい。

慣れると、上のような考え方も「素早く」出来るようになります。

そして、「回路の全容が分かる」意味では、このような「基本を考える」姿勢を大事にして欲しいです。

試験などでは「合成抵抗」を考えた方が、早く解けるので、「公式の内容を理解する」ようにしましょう。

次回は、合成抵抗を考えます。

次回は下記リンクです。

新教育紀行

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