直列・並列回路の電圧ラボ ガイド

概要

電圧は回路内の2点間の電位差です。個々の電圧と総電圧の関係は、接続方法によって大きく異なります。この実験では、リアルタイム電圧計を使用して、直列回路における分圧効果と並列回路における等電圧特性を探求するのに役立ちます。

背景

基本概念

公式と導出

実験手順

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   直列回路の設定

   パネルで「直列回路」を選択します。最初は、両方の抵抗器が $10\Omega$ です。$R_2$ を $20\Omega$ または他の値に調整できます。スイッチを閉じて、3つの電圧計 $U$、$U_1$、$U_2$ の読み取り値を観察します。$U_1$ と $U_2$ を足すと $U$ になりますか？
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   抵抗の影響を探る

   直列モードで、$R_1$ または $R_2$ の抵抗値を変更してみてください。次のことがわかります：抵抗が大きい部分は、電圧計の読み取り値が____？これは、直列回路が抵抗に比例して電圧を分配することを示しています。
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   並列回路への切り替え

   回路を「並列回路」に切り替えます。$R_1$ と $R_2$ の両端の電圧計の読み取り値を観察してください。2つの分岐の抵抗値が異なって設定されていても、それらの電圧は一貫していますか？
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   総電圧の変更

   電源電圧スライダーを調整します。並列回路の各分岐の電圧が総電圧とともにどのように変化するかを観察してください。考えてみましょう：分岐電圧と電源電圧の間にはどのような関係がありますか？

学習目標

• 直列回路における総電圧と構成部品の電圧の加算関係を理解する
• 並列分岐間の電圧が等しいという物理的特性を習得する
• 抵抗比に基づいて直列電圧値を予測できるようになる
• 仮想電圧計を使用して回路内の電位差を測定する方法を学ぶ

応用例

• 分圧回路：電子機器は、より低い基準電圧を得るために、直列の2つの抵抗器をよく使用します
• 家庭用コンセント：すべての家電製品は、それぞれが定格電圧を受け取れるように、220V（または110V）の電源に並列に接続されています
• 電圧計の範囲拡張：より高い電圧を測定できるようにするために、大きな抵抗がメーターヘッドと直列に接続されます

よくある誤解

参考文献

• キルヒホッフの法則 - Wikipedia
• 直列回路と並列回路 - Wikipedia