風車のはたらきから探究する風力発電

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エネルギー

教材一覧風車のはたらきから探究する風力発電
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単元 （小学３年）風の力の働き（小学６年）電気の利用（中学２年）電磁誘導と発電

準備

観察・実験

導入

  • 風力発電が、風のもつ運動エネルギーを電気エネルギーに変換することを機械の仕組みを示しながら再確認する。
  • どのようにして運動エネルギーが電気エネルギーに変換されるのか？小学６年の手回し発電機の実験をふりかえりながら、運動する力と磁力により電流の誘導されることの見通しをたてる。

展開１（風の力と運動エネルギーとの関係）：羽根の傾きや数、形などを変えると何がどのように変化するのか？

  • 【実験１】：羽根の傾きをかえる

※羽根の傾きを寝かせたとき立てたときの２パターンで風車の回転速度や電気エネルギーが変化することを確認してもらう

※ポイント：羽根にうける風の量が、風車を回転させるための力と関係することを実感できるように風車にあてる風の強さと、風車に取り付ける羽根の枚数を事前に決定しておくこと。

 

  • 【実験２】羽根の枚数をかえる

※ポイント：羽根の枚数を増やすと、枚数が少ないときでは回らなかった弱い風でも回ることに気が付くように実験条件を設定する。すなわち同じ風の力でも羽根のつくりを工夫することで十分に運動エネルギーを取り出せる、エネルギーの変換効率について実験を通じて実感できるように準備すること。

 

  • 【探求実験】先の２つの実験の観点から、より変換効率の良い風車をどのようにすればよいか？実験を通じて探求させる。

展開２（運動エネルギーと電気エネルギーの関係）：回転する力からより大きな電気エネルギーに変換するにはどのようにすればよいか？

  • 【観察】発電に用いたモーターを分解（下記の動画①を参照すること）し、中の仕組みを観察する

※ポイント１：電気がどのように流れているのか、モーターの端子と中のコイルとの接続を確認すること。

※ポイント２：中のコイルの回転に対してどのように磁力が関わっているのか？フレミングの左手の法則から電気の流れを考察させること。

 

  • 【実験】磁力を変化させることで電気エネルギーはどのように変化するのか？

手順１：モーターの中のコイルとブラシのみ取り出して専用ケースにおさめることで、実験用発電機を組み立てさせる。（下記の動画②を参照すること）

手順２：磁石の強さや取り付け方などの条件を変えて分析させることで、誘導電流の大きさとの関係を見出させて理解を促す。

まとめ

  • より大きな電気エネルギーを得るためにはどのようにすればよいか？実験・観察で得た知識を振り返りながら考察する。
  • 風力発電以外の発電方法や日常生活の中のエネルギーの変換事例についても取り上げ、同様の視点から考察を試みる。

①発電用モータの分解方法

②実験用発電機の組立方法

さらに深く学ぶために

資料

 

実験レポ

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