中学理科中学2年生物理

直列回路と並列回路|合成抵抗の求め方をやさしく【中2理科】

中2理科の「直列回路と並列回路」を図でやさしく。直列は電流がどこも同じで電圧が分かれること、並列は電圧がどこも同じで電流が分かれること、合成抵抗の求め方(直列は和・並列は各より小さい)、オームの法則を使った計算まで、回路図と例題で整理できます。

先に答え

直列回路は電流がどこも同じで電圧が分かれて和になり、並列回路は電圧がどこも同じで電流が分かれて和になります。合成抵抗は直列が R1+R2R_1+R_2(もとより大きい)、並列が 1R=1R1+1R2\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}(もとのどの抵抗より小さい)です。2020 Ωと 3030 Ωなら直列は 5050 Ω、並列は 1212 Ωになります。

◎このページのゴール

直列回路・並列回路での電流と電圧の関係を理解し、合成抵抗を求めて、オームの法則で回路の電流・電圧・抵抗を計算できるようになる。

「直列だと電流が同じ? それとも電圧が同じ? どっちがどっちだっけ…」——回路は、直列と並列で「同じになるもの」が入れかわるので、こんがらがります。でも、通り道が1本か・枝分かれかを図で見れば、電流と電圧のどちらが分かれるかは一目でわかります。合成抵抗の計算も、オームの法則があればこわくありません。

直列回路と並列回路のちがい

電流の通り道(回路)には2つのつなぎ方があります。1本道が直列、枝分かれが並列です。

実物の乾電池・豆電球・赤青の導線を使い、左に1本道の直列回路、右に2本へ枝分かれして再合流する並列回路を並べた比較写真。直列では電流がどこでも同じ、並列では電流が枝に分かれ、電圧が同じになることを矢印で示す

直列は、電流が1本の道を通るので、どこを通る電流も同じ。並列は、電流が枝に分かれてから合流するので、枝のどちらにも同じ電圧がかかります。「直列は電流が同じ、並列は電圧が同じ」——まずこの1行を頭に入れましょう。

✓理解チェック1

直列回路と並列回路のちがいとして正しいのは?
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答え:直列は電流の通り道が1本、並列は枝分かれしている

直列は電流の通り道が1本、並列は途中で枝分かれします。直列は電流がどこも同じ、並列は電圧がどこも同じになります。

直列回路——電流が同じ・電圧が分かれる

直列回路では、電流は1本道なのでどこでも同じ大きさ。いっぽう電圧は、各抵抗に分かれてかかり、その和が全体の電圧になります。

?どうして?

  • 電流:II はどこも同じ(I=I1=I2I=I_1=I_2)。
  • 電圧:V=V1+V2V=V_1+V_2(各抵抗の電圧の和)。
  • 合成抵抗:R=R1+R2R=R_1+R_2(もとより大きくなる)。

たとえば 2020 Ω と 3030 Ω を直列につなぐと、合成抵抗は 20+30=5020+30=50 Ω。電源が 100100 V なら、流れる電流はオームの法則より I=V÷R=100÷50=2I=V÷R=100÷50=2 A。このとき 2020 Ω には 4040 V、3030 Ω には 6060 V がかかり、和は 100100 V にもどります。

✓理解チェック2

10Ωと15Ωを直列につないだときの合成抵抗は?
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答え:25Ω

直列の合成抵抗は和。10+15=25Ω。もとのどの抵抗より大きくなります。

✓理解チェック3

直列回路の電流と電圧の説明として正しいのはどれ?
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答え:電流はどこも同じで、電圧は各抵抗に分かれ、その和が全体の電圧になる

直列は電流の通り道が1本なので、電流はどこでも同じ大きさ。電圧は各抵抗に分かれてかかり、その和が全体の電圧になります(合成抵抗は和で、もとより大きくなります)。

並列回路——電圧が同じ・電流が分かれる

並列回路では、どの枝にも同じ電圧がかかります(全体の電圧と同じ)。電流は枝に分かれて流れ、その和が全体の電流です。

?どうして?

  • 電圧:VV はどの枝も同じ(V=V1=V2V=V_1=V_2)。
  • 電流:I=I1+I2I=I_1+I_2(各枝の電流の和)。
  • 合成抵抗:1R=1R1+1R2\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}(もとのどの抵抗より小さくなる)。

たとえば 2020 Ω と 3030 Ω を並列につなぐと、1R=120+130=360+260=560\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{20}+\dfrac{1}{30}=\dfrac{3}{60}+\dfrac{2}{60}=\dfrac{5}{60} より R=12R=12 Ω。もとの 2020 Ω より小さい 1212 Ω になります。道(通り道)が増えると電流が流れやすくなる、とイメージするとわかりやすいです。

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セナ

抵抗を増やしたのに、合成抵抗が小さくなるの? なんだか変な感じ!

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ホクト先生

いい感覚だね。直列は「道を一直線につなぐ」から、通る道が長くなって抵抗が増える。でも並列は「道を増やす」イメージなんだ。レジが1台から2台に増えると行列がはけやすくなるよね。電流も、通り道が増えるほど流れやすくなる=全体の抵抗は小さくなる。だから並列の合成抵抗は、もとのどれよりも小さくなるんだよ。

✓理解チェック4

20Ωと20Ωを並列につないだときの合成抵抗は?
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答え:10Ω

1/R=1/20+1/20=2/20=1/10 なので R=10Ω。同じ抵抗2本の並列は、ちょうど半分になります。もとの20Ωより小さくなります。

✓理解チェック5

並列につなぐ抵抗を1本ふやすと、回路全体の合成抵抗はどうなる?
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答え:小さくなる(電流の通り道がふえるから)

並列につなぐのは「電流の通り道をふやす」こと。道がふえるほど電流は流れやすくなるので、合成抵抗はもとのどの抵抗よりも小さくなります。

合成抵抗を使った計算

合成抵抗が出せれば、回路全体を1つの抵抗とみなしてオームの法則 V=R×IV=R×I で計算できます。

✓コツ

手順は3つ。①つなぎ方(直列か並列か)を見分ける。②合成抵抗を求める(直列は和/並列は 1R=1R1+1R2\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2})。③オームの法則で全体の電流などを求める。

たとえば 100100 V の電源に 2020 Ω と 2020 Ω を並列につなぐと、合成抵抗は 1010 Ω。全体の電流は I=V÷R=100÷10=10I=V÷R=100÷10=10 A。これは各枝(100÷20=5100÷20=5 A)の和(5+5=105+5=10 A)と一致します。

✓理解チェック6

100Vの電源に、合成抵抗が50Ωの回路をつないだ。流れる電流は?
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答え:2A

オームの法則 I=V÷R=100÷50=2A。合成抵抗を出せば、回路全体を1つの抵抗として計算できます。

よくある間違い

✕よくある間違い

まちがい

並列の合成抵抗を、直列と同じように R1+R2R_1+R_2(和)で求めてしまう

正しい

並列は 1R=1R1+1R2\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}。求めた RR はもとのどの抵抗より小さくなる

もう1つは「直列で電圧が同じ/並列で電流が同じ」と逆に覚えること。直列=電流が同じ(電圧が分かれる)/並列=電圧が同じ(電流が分かれる)。回路図で「1本道か枝分かれか」を見て、分かれるほうを思い出しましょう。

❌ 20Ωと20Ωを並列につないだ合成抵抗を 40Ω と答える(直列の計算をした) ⭕ 1R=120+120=220\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{20}+\dfrac{1}{20}=\dfrac{2}{20} なので R=R= 10Ω。 同じ大きさの抵抗2つを並列にすると、合成抵抗はちょうど半分になります。 数を入れて確かめたいときは、合成抵抗の計算ツール(直列・並列・途中式つき)を使ってください。

やってみよう(練習問題)

やってみよう①(基本:合成抵抗)

合成抵抗を求めましょう。

  1. 3030 Ω と 2020 Ω を直列につないだとき。
  2. 3030 Ω と 2020 Ω を並列につないだとき。
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  1. 直列は和。30+20=5030+20=50 → 50 Ω。
  2. 並列は 1R=130+120=260+360=560\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{30}+\dfrac{1}{20}=\dfrac{2}{60}+\dfrac{3}{60}=\dfrac{5}{60} → R=12R=12 → 12 Ω(もとより小さい)。

やってみよう②(標準:直列の電流と電圧)

1010 Ω と 4040 Ω を直列につなぎ、電源を 100100 V にしました。

  1. 流れる電流は何 A?
  2. 4040 Ω にかかる電圧は何 V?
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  1. 合成抵抗 10+40=5010+40=50 Ω。I=100÷50=2I=100÷50=2 → 2 A。
  2. V=R×I=40×2=80V=R×I=40×2=80 → 80 V(1010 Ω には 2020 V、和は 100100 V)。

やってみよう③(応用:並列の電流)

100100 V の電源に、5050 Ω と 5050 Ω を並列につなぎました。

  1. 合成抵抗は何 Ω?
  2. 全体に流れる電流は何 A?
答えと解説を見る
  1. 1R=150+150=250=125\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{50}+\dfrac{1}{50}=\dfrac{2}{50}=\dfrac{1}{25} → 25 Ω。
  2. I=100÷25=4I=100÷25=4 → 4 A(各枝 100÷50=2100÷50=2 A の和)。

家おうちの方へ

回路のつまずきは、ほぼ「直列と並列で“同じになるもの”が入れかわる」ことの混乱です。「直列=電流が同じ(電圧が分かれて和)/並列=電圧が同じ(電流が分かれて和)」を、回路図の「1本道/枝分かれ」と結びつけて覚えさせてください。合成抵抗は、直列が和(大きくなる)、並列は 1R=1R1+1R2\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}(もとより小さくなる)。並列で小さくなるのは「道が増えて流れやすくなる」イメージ(レジが増えると行列がはける)で納得しやすいです。あとはオームの法則で計算するだけ。計算でつまずくなら、まずオームの法則に戻るのが近道です。

直列は電流が同じ、並列は電圧が同じ。合成抵抗は直列が和、並列は道が増えて小さくなる。——この2つをつかめば、どんな回路もオームの法則で読み解けるようになります。

📌 1分まとめ(声に出して読もう)

  • 直列回路=電流の通り道が1本。電流はどこも同じ、電圧は各抵抗に分かれて和になる。
  • 並列回路=通り道が枝分かれ。電圧はどこも同じ、電流は枝に分かれて和になる。
  • 直列の合成抵抗 = R₁+R₂(もとより大きい)。
  • 並列の合成抵抗は 1/R = 1/R₁+1/R₂(もとのどの抵抗より小さい)。
  • 各部分はオームの法則 V=R×I で計算できる。

よくある質問

直列回路と並列回路のちがいは何ですか?

直列回路は電流の通り道が1本の回路、並列回路は通り道が枝分かれしている回路です。直列は電流がどこも同じで、電圧が各抵抗に分かれて和になります。並列は電圧がどこも同じで、電流が枝に分かれて和になります。

合成抵抗の求め方(公式)は?

直列の合成抵抗は R=R1+R2 で、各抵抗の和になり、もとより大きくなります。並列の合成抵抗は 1÷R=1÷R1+1÷R2 で求め、もとのどの抵抗より小さくなります。合成抵抗を出せば、回路全体を1つの抵抗とみなして、オームの法則 V=R×I で計算できます。

なぜ並列に抵抗を増やすと、合成抵抗は小さくなるのですか?

並列につなぐことは、電流の通り道(道)を増やすことだからです。レジが1台から2台に増えると行列がはけやすくなるように、通り道が増えるほど電流が流れやすくなり、全体の抵抗は小さくなります。そのため並列の合成抵抗は、もとのどの抵抗より小さくなります。

20オームと30オームをつなぐと、合成抵抗は直列と並列でそれぞれいくつですか?

直列は和なので、20+30=50オームになります。並列は 1÷R=1÷20+1÷30=5/60 より R=12オームで、もとの20オームより小さくなります。直列は大きく、並列は小さくなるのが特ちょうです。

この単元でつまずいたとき、家庭でできること

  1. オームの法則(中2理科)に戻る
    つまずきの原因は、たいてい1つ前の単元にあります。まずそこを確かめてください。
  2. 説明役を、外部にまかせる
    教える側が説明しきれないときは、無料体験のある外部のサービスで様子を見る方法もあります。
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