グラフとV÷Iからオームの法則を表そう

表で見つけた比例関係は、グラフにすると一目で確かめられます。さらに、電圧 V を電流 I で割った値を調べると、その抵抗器の「流れにくさ」がほぼ一定の数として現れます。

このレッスンの役割

ここは「オームの法則を実験で見つける」6レッスンの第4段階です。前のレッスンで、同じ抵抗器では電流が電圧に比例することを表の倍率から確かめました。

今回完成させる力は、グラフ・比 V÷I・式 V＝IR を同じ関係の三つの表し方として結び付けることです。公式の変形と反復計算は次のセクションで扱います。

横軸を加えた電圧 V、縦軸を流れた電流 I にします。軸名と単位を書き、表の一組を一点として打ちます。

点が原点付近を通る一本の直線に並べば、電圧が0のとき電流も0で、電流が電圧に比例することを表します。

前の表で V÷I を計算します。

小さな測定誤差はありますが、V÷Iは約15でほぼ一定です。この一定値を抵抗 R とすると、R＝V÷I です。両辺に I をかけると、V＝IR になります。

これがオームの法則です。抵抗や温度などの条件が一定のとき、電圧 V は電流 I に比例します。単位の組は V、A、Ω です。

3.0 Vで0.20 Aが流れた抵抗器では、V÷I＝3.0÷0.20＝15 Ωです。ここで I÷V を計算して0.067とする誤答があります。抵抗は「電圧を電流で割る」ため、V÷Iです。

また、縦軸と横軸を逆にしても比例関係そのものは直線で表せますが、直線の傾きが何を表すかは変わります。このレッスンでは横軸V、縦軸Iです。傾き I÷V は抵抗そのものではなく、電流の流れやすさに対応します。軸を見ずに「傾き＝抵抗」と暗記しないでください。

確認1：比例する電圧・電流のグラフにはどんな特徴がありますか？

横軸を電圧、縦軸を電流にすると、測定点が原点付近を通る一本の直線に並びます。

確認2：4.0 Vで0.20 Aが流れる抵抗器のV÷Iはいくらですか？

4.0÷0.20＝20 Ωです。電圧を電流で割ります。

確認3：V＝IRが使える条件を一つ答えてください。

同じ抵抗器で、温度など抵抗に影響する条件がほぼ一定であることです。

表・グラフ・比・式が一つにつながりました。次は、比例から外れた点を見たとき、法則を捨てる前にどこを点検すべきか学びます。

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。