乾電池には＋極と－極があり、導線と器具を切れ目なくつなぐと電流が流れます。乾電池の向きを反対にすると、回路を流れる電流の向きも反対になります。また、同じ乾電池を二つ使っても、直列つなぎと並列つなぎでは電流の強さや使い方が違います。この違いを確かめるには、乾電池の個数、豆電球やモーター、導線など、比べる条件をそろえることが大切です。ゲームでは乾電池を塔へ積み、向きで左右を、つなぎ方で強さと長もちを変えます。ここではゲームのルールだけでなく、実際の回路で何が起きるかを順に学びます。
対象: 小学4年生 / 学び: 理科・エネルギー・電流の働き
乾電池の向きと電流の向き
乾電池には、でっぱりのある＋極と平らな－極があります。電流の向きは、回路の外側では＋極から出て、豆電球やモーターなどの器具を通り、－極へ戻る向きとして表します。乾電池を一つだけ使う回路で乾電池の向きを反対にすると、＋極と－極の位置が入れ替わるため、電流の向きも反対になります。豆電球は向きを反対にしても光ることがありますが、直流モーターは回る向きが反対になります。調べるときは、乾電池以外の導線やモーターを同じままにし、乾電池の向きだけを変えて比べます。ゲームの左・右の雲よけは、このモーターの回転方向を分かりやすく表したものです。実際の電流は空の雲を動かすわけではありません。
直列つなぎと並列つなぎの違い
同じ乾電池二つを、片方の＋極ともう片方の－極が続くように同じ向きでつなぐ方法を直列つなぎといいます。直列では二つの乾電池の働きが重なり、一つのときより大きな電流が流れ、豆電球は明るくなり、モーターは速く回ります。＋極どうし、－極どうしをそれぞれつなぐ方法が並列つなぎです。向きをそろえた並列では、器具へ流れる電流の強さはおよそ乾電池一つのときと同じで、二つが分担するため長く使えます。ゲームでは直列を「強さ2」、並列を「強さ1で使える拍数が多い」と単純化しています。実際の電流の大きさや使える時間は、乾電池の種類、残り具合、器具、導線などにも左右されます。
比べ方と安全な実験のしかた
直列と並列の働きを比べるときは、同じ種類で同じくらい新しい乾電池、同じ豆電球やモーター、同じ導線を使います。変えるのはつなぎ方だけにすると、観察した違いをつなぎ方と関係付けられます。豆電球の明るさやモーターの速さを観察し、簡易検流計がある場合は針の向きや振れ方も比べます。向きの違う乾電池を並列につなぐと、乾電池どうしに大きな電流が流れて熱くなる危険があります。また、乾電池の＋極と－極を器具を通さず導線だけで直接つなぐことをショートといい、発熱や液もれにつながるので絶対に行いません。実験は学校用の器具を使い、先生や保護者の説明に従います。熱い、においがする、ふくらんでいる乾電池には触れ続けず、すぐ大人へ知らせます。
身近な例で考えてみよう
- 乾電池一つでモーターを回し、乾電池だけを反対向きにして、羽根の回る向きがどう変わるかを比べる。
- 同じ豆電球と新しい乾電池二つを使い、一つ、直列、並列の順で明るさを観察し、変えた条件を記録する。
- 懐中電灯の電池ケースで、＋と－の印が交互になるように入れる理由を見て、直列のつながりをたどる。
- 長く使う機器の電池ボックスで複数の電池がどのようにつながっているか、ふたの図を見て予想する。
よくある間違いと覚え方
- 乾電池を二つ使えば、どんなつなぎ方でも必ず強くなると思う間違い：直列は強くなり、並列は一つ分ほどの強さで長く使えるという違いを分けて考えます。
- 乾電池を一本だけ反対向きにしても同じと思う間違い：直列では互いの働きを打ち消しやすく、並列では危険な接続になるため、極の向きを必ず確かめます。
- 豆電球が光れば電流の向きも同じだと思う間違い：豆電球は逆向きでも光ることがあります。モーターの回転方向や検流計の針で向きを比べます。
- 直列と並列の比較で種類や残量の違う乾電池を混ぜる間違い：つなぎ方以外の条件をそろえ、古い乾電池と新しい乾電池を混ぜません。
保護者の方へ
ご家庭では乾電池を自由につなぐ実験を勧めず、市販の安全な教材と新しい同種の乾電池を使い、大人がそばで確認してください。「何を一つだけ変えた？」「電流の向きは何を見れば分かる？」「強さと長もちのどちらを比べた？」と問いかけると、結果の暗記ではなく条件と結果の関係を整理できます。ゲームでは直列を強さ2、並列を長い拍数として単純化しています。実物では器具や乾電池の状態でも結果が変わること、向きの違う並列接続やショートは危険であることを必ず補足してください。
ミニ問題
問題1: 乾電池一つをモーターにつなぎ、乾電池の向きだけを反対にしました。モーターはどうなりますか？
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回る向きが反対になります。
乾電池の＋極と－極が入れ替わると回路の電流の向きが反対になり、直流モーターの回転方向も反対になります。
問題2: 同じ乾電池二つで豆電球を一つのときより明るくしたい場合、どのつなぎ方が向いていますか？
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乾電池の向きをそろえた直列つなぎです。
直列では二つの乾電池の働きが重なって、一つのときより大きな電流が流れます。器具に合う安全な教材で確かめます。
問題3: 同じくらいの明るさで、乾電池をより長く使いたい場合、どのつなぎ方が向いていますか？
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乾電池の向きをそろえた並列つなぎです。
並列では電流の強さはおよそ一つ分のままで、二つの乾電池が分担するため、より長く使えると考えられます。
問題4: 向きの違う乾電池を並列につないで確かめてもよいですか？
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いけません。
乾電池どうしに大きな電流が流れて熱くなる危険があります。＋と－の向きをそろえ、先生や大人の指示で実験します。
ゲームで確かめてみよう
ここまでの内容を、実際に「プラスの先に朝が灯る」を操作しながら確かめてみましょう。