電圧計さんぽの遊び方
- テストを選び、カードで回路とプローブを当てる場所を読もう。
- 回路を一周して電位を追おう：電池で上がり、抵抗で I·R 下がり、導線では平ら。
- 予想を入力してスタートを押そう。プローブが測る点まで歩き、電圧計は赤から黒を引いた値を示します。
- 読みと地形をオレンジ色の予想とくらべよう。
電圧は2点のあいだにある
回路のどの点にも電位があり、電圧はいつもそのうち2点の差です。だから電圧計にはプローブが2本あります。電圧計は赤のプローブの電位から黒のプローブの電位を引いた値 V = V_red − V_black を示すので、プローブを入れかえると符号が逆になります。回路をめぐるのは地形を歩くようなものです。電池は電圧の分だけ持ち上げる上り坂、抵抗や電球は I·R だけ下る下り坂、導線は抵抗がないので平地です。どう歩いても出発点にもどるので、上りと下りは打ち消し合います。開いたスイッチは電流を止めます。電流がなければ電球で電位は下がらないので、電池の電圧がそのまますき間にかかります。+どうしでつないだ電池は押し合い、小さいほうが大きいほうから自分の電圧を引きます。
学習に絞ったモデル
電池、導線、電圧計は理想的です。電池はどんな電流でも電圧を保ち、導線には抵抗がなく、電圧計は電流を取らないので、測っても何も変わりません。抵抗と電球は一定の抵抗で、電流はすぐに一定になります。電位は電池の−極で 0 V、電池ごとに上がり、抵抗ごとに I·R 下がり、開いたスイッチが残りを受けもちます。プローブは 2 s かけて測る点まで歩き、両方がふれると電圧計が読みを示します。電子の点は電流に合わせた速さで動き、実際の移動速度ではありません。2%以内の答えは正解、読みが 0 のときは 0.05 V 以内で正解です。