レゴ® 空気力学セット

手回し発電機

手動発電機を使って、動きを電力に変える仕組みを学びます。

45~90分
発展
小学校高学年・中高
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1. 結びつける

(5-10分)

発電機は、力学エネルギーを電気エネルギーに変えることができます。発電機のハンドルを手で回してく ださい。ハンドルを速く回転させると、発電量が増します。

手回し発電機を組み立て、発電力を調べましょう。

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2. 組み立てる

(20-25分)

手回し発電機とジュールジープの組み立て
(組み立て説明書1A および 1B、15 ページの手順 16まで)

• モデルが正常に機能するか試してください。軸受 け筒をゆるめる と、摩擦を減らすことができます。
• プラグを互いにしっかりと差し込みます。
• 実験を始める前に、ジュール(J)読み取り値を「0」 に戻します。

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実験の設定
ジュールジープのスタートラインを決めます。

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3. よく考える

(20-25分)

回転と前進
手回し発電機で60 秒間にどれだけ電気エネルギー (ジュール(J))を蓄積できるか調べ、蓄積したジュ ールでジュールジープがどれだけ遠くまで走れる か調べます。

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  1. まず生徒は、60 秒後に蓄積されるジュールの予 測値を座標形式でグラフ作成します。
  2. 発電機のハンドルを60 秒間回してどれだけジュ ールを蓄積できるか各自が調べ、測定結果を10 秒 間隔で読み取って記録し、予測を書いたのと同じ 座標に測定結果をグラフ作成します。
  3. 蓄積されたジュール量でジュールジープがどれ だけ遠くまで走れるかを調べます。

測定結果にばらつきがありますが、蓄積されたジュ ール量によってジュールジープが走る距離に違い があることを生徒たちに確かめさせます。

生徒には以下のように質問して、調べたことを見直
してもらいます。

• 何に基づいて、予想を立てましたか?
• 自分の測定結果を説明できますか?
• 測定結果からパターンや傾向を見つけることが できますか?

同じ時間の場合、蓄積されるジュール量はハンドル を回す速度に正比例します。
• 測定結果の科学的な有効性は、どのようにして確 かめましたか?

測定結果の一貫性を保つため、ジュールジープを 同じ地点からスタートさせて、路面の状態を同じに するために、生徒たちは実験を何度か繰り返す必 要があります。

豆知識
歯車に遊びがあると回転方 向にむらが出ますが、これ が出力速度に影響すること はありません。

4. 続ける

(25-30 分)

シフトアップ
(組み立て説明書1A および 1B、16 ページの手順 1まで)

組み換えた手回し発電機で60 秒間にどれだけジュ ール(J)を蓄積できるか調べ、蓄積したジュールでジュ ールジープがどれだけ遠くまで走れるか確かめる 作業を行います。

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  1. まず生徒に、手回し発電機の歯車を組み換えても らいます。次に、歯車の特性に関する自分の知識に 基づいて、60 秒間で蓄積できるジュールの予測値 を座標形式でグラフ作成します。
  2. 発電機のハンドルを60 秒間回してどれだけジュ ールを蓄積できるか各自が調べ、測定結果を10 秒 間隔で読み取って記録し、予測を書いたのと同じ 座標に測定結果をグラフ作成します。
  3. 蓄積されたジュール量でジュールジープがどれ だけ遠くまで走れるかを調べます。

測定結果にばらつきはありますが、蓄積されたジュ ール量は大幅に増えているはずです。ジュールの 蓄積量が60% 増えることを生徒が予測できれば理 想的です。ジュールジープが走る距離は、蓄積され
たジュールの量によって異なります。

ヒント
エネルギーメーターは、毎 回実験前にリセットしてくだ さい。

変更された点を見つける
手回し発電機とジュールジープの効率に影響する 変数を最低3 つ見つけて書きとめ、それらをわかり やすく説明します。

たとえば、歯車の交換、ハンドルの長さ、ハンドル の回転速度、ハンドルを回す腕力や持久力、発電 機の構造的安定性からの効果などが考えられま す。ジュールジープの効率は、車体の重さや歯車の 仕組み、摩擦、路面に影響されます。

豆知識
食べ物のエネルギー生産 力を表す単位は、カロリー (cal)です。 一般に1cal は、4.2 Jとされ ています。

教師用サポート

科学(理科)
• エネルギーの蓄積
• エネルギーの消費
• エネルギーの変換
• 科学調査

設計と技術
• 技術設計を通じての改良点
• 部品の組み立て
• 評価
• メカニズムの使用 – 歯車

工学
• 工学設計
• エネルギーの理解
• 変更された点を調べて評価

数学(算数)
• グラフ作成
• 距離の測定
• 測定値の読み取り
• タイミング

9686 レゴ® サイエンス&テクノロジー モーター付基本セット
レゴ® エネルギーセット
方眼紙
定規または巻尺
ストップウォッチまたはタイマー

科学(理科)カリキュラム
• 観察から得た事象に基づき「運動距離」の実験で
測定
• 運動エネルギーから電気エネルギーへの変換に
伴うエネルギーの伝達・変化・消失

設計と技術カリキュラム
• 部品の組み立て
• 歯車が発電機の性能に与える影響を調べて予測

数学(算数)カリキュラム
• 実績・予測データのグラフ作成
• 比率と割合の応用

生徒用資料

生徒用ワークシート

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