物理基礎の電磁気学�E（キルヒホッフ第二法則）

１．導入

ここまで電流や抵抗について扱い，前回は電位について話をしました。 ここはまだわかっていないと思います。今日理解を深めて欲しいところです。

２．問題演習

まずは復習として１題。

オーケーです。これは結構できるんだね。

３．課題７（キルヒホッフ第二法則）

では，課題７を予想してみてください。

※いままで電流で大きさの比較を等号不等号で表していたため， この問題もそうだと考えたみたいで，予想しずらそうでした。 ですので，次の２択に切り替えました。

では，次の２択で考えてください。 そして，もう一つの意見を論破するように理由を書いてください。
ア．V電池＝V10＋V20
イ．V電池＝V10＝V20

生徒の予想：
ア．V電池＝V10＋V20（D３５人，B２５人）
イ．V電池＝V10＝V20（D７人，B１４人）

では，理由を聞いてみましょう。まずイの人。
I君：「直列だと電流も同じなんだから，電圧も同じ」
なるほど。他の人は？
O君：「電流が同じなんだから，電圧を足すのはおかしい。」
どうしておかしいのだろう。
O君：「それぞれに同じ電圧がかかっているはずだから？」
オーケー。では，アの人。
S君：「なんとなく」
なんとなくを言葉にできるかな？
S君：「直列のときは足すのかなと･･･」
なんででしょ。
S君：「ちょっとわかりません」
はい。では，N君に聞こうか。
N君：「直流だと電流がいっしょで，V=IRだから抵抗がちがうのに 電圧が同じなのはおかしい。だからイです。」
なるほど。オームの法則を考えたのね。

では，実験をしてみましょう。

おーい！電圧計のつなぎ方わかっている？ 電流計と違うでしょ！抵抗の両端に並列につなぐんだよ！ （良い写真が残っていませんでした･･･）

※電圧計（ここではテスターを使用）を 並列につなぐことをできていない。そもそも電圧＝電位差という意味を 理解できていないためであろう。これは次回取り上げよう。

生徒の実験結果：V電池＝2.8[V]，V10＝0.9[V]，V20＝1.8[V]

※0.1[V]くらいのずれが生じてしまう。 これは接触抵抗のためです。電源電圧も上げ，抵抗も大きくすることで 解消できるのですが，生徒にとって身近な数値がいいかとも思うので， 悩みどころです。

まあ，ピッタリとはいけないけど，少なくともイではないね。 正解はアです。

４．キルヒホッフ第二法則

これはどういうことかというとね，電位は電気的な標高と言ったでしょ。 そして，電池は電位をあげる，抵抗は電位をさげる。 電池によって電位が３[V]あがる。その分，抵抗で１[V]と２[V]さがる。 こんなイメージです。

S君，ここの標高は10mくらい。富士山に登って戻ってきたとします。 ここの標高はいくらですか？
S君：「10ｍですよね」
そうですね，当たり前ですね。 スタートしたときとスタートに戻ってきたときの標高の差は０mですよね。 それと同じなのです。 電池の前からスタートしたとすると， 電池で３[V]あがって，はじめの抵抗で１[V]さがって，次の抵抗２[V]さがって スタート地点に戻ると標高差は０でしょ。 これを「キルヒホッフ第2法則」といいます。

５．まとめ

このキルヒホッフの法則を理解することが高校の回路で最も重要なことです。 これがあれば合成抵抗もいりません。次回，もう少し詳しくみていきましょう。

授業を終えて。。。
・生徒のプリントを見ていたら，直流で電圧を足すのは， 「合成抵抗で足していたから」というのがベースにあるようだ。 なぜ直列の合成抵抗で足せるかを説明していないのだから， それ以上生徒もわかるわけがない。
・予想はオームの法則を考えればわかる課題である。 それでも書けない生徒が多い。 基本的に前回の授業で学んだことを利用すれば書ける。 そういう段階を踏んでくれないのがもどかしい。 どういう風に書くべきか指導する必要があるのだろうか？ それとも面倒なだけであろうか？ こうした力を高校1年でつけておけば， これからの勉強が楽になるのになーと思う。
・きちんと数値がぴったりになるような実験に変えるべきだ。 特に電流値も含めて合うように改良しよう。

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