びんづめのつくり方 <ものの温度と体積>

金属の膨張

 こんなジャムのビンがやりやすいです。

 ビンはよく洗って、アルコールで消毒しておきます。腐敗菌などを容器から取り除いておくのです。

 出来立てのジャムを詰めます。

 メーカーでは空気を抜いてから加熱してますが、家庭では空気を抜くのが出来ません。どうやったらジャムとフタの間の空気をなくすことが出来るでしょうか?

 

 ビンに入れたジャムを鍋の湯に入れてもう一度加熱します。その時には軽くフタをのせておきます。

 ジャムから水蒸気が出て、ジャムとフタの間の空間が水蒸気で満たされると、取り出してフタを閉めて冷まします。

 冷める途中で蓋が、ペコンと凹んだら大丈夫です。

 

 ジャムの水分が水蒸気になると、1700倍の体積になります。フタを閉めて冷ますと、その水蒸気が水に戻り、ジャムとフタの間の空間には空気がほとんど残らなくなります。これで保存がきくジャムが完成します。

 

 なお、メーカーが製造責任を負って作ったものとは違いますから、あまり長期に保存しない方がよろしい。できれば冷蔵庫で保存を。

 

 

 

 

 

 


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膨張・収縮を目で見て楽しく <ものの温度と体積>

1 石鹸水で空気の膨張・収縮を示す

空気の温度と体積空気の膨張空気の収縮

空気の膨張と収縮空気の温度と体積

 台所用洗剤を3倍程度に水で薄めて、旧給食用の皿に入れて配る。それを指2本に取って、フラスコの口に石鹸膜を張る。

 手で温めるだけでも石鹸膜は膨らんでくる。氷で冷やすと首の中を下がっていく。もう一枚石鹸膜を張ると…というと何枚も首を下がっていく。

 それを湯で温めると、ダルマのようなシャボン玉がフラスコの口に出来る。

 湯は、湯沸かしポットで準備しておき、水で倍ほどに薄めるので、50℃程度。やけどの心配もない。

 風船や空気鉄砲の弾を飛ばそうと思うとかなり膨張させねばならず、こんな低温では難しい。その点、シャボン玉は反応が早い。

2 ガラス管で、水の膨張・収縮を示す

1.2mのガラス管で水の膨張ゴム栓ガラス管

 外径5mm、長さ1.2mのちょっと細めのながぁいガラス管を用意している。これを、水で満たして空気を入れぬようにしたフラスコにゴム栓をして、水位をテープで表示しておく。長いので、倒れないようにスタンドに固定、ガラス管もマスキングテープで支持棒にくくりつけておくと安全。

 それをガスバーナーで熱する。ガラス管が細いので水位がどんどん上昇して1.2m先からあふれる。あふれたら火を止めようというのが約束。「あんなに上まで上がった」って驚きがこの実験の楽しさ。

 あふれた時点でのフラスコの水の温度は60℃程度。常温から40℃ほどの加熱だ。やけどの心配は無いが、長いガラス管の取り回しには細心の注意が必要。ノート記録をしている間に大人の手で回収してしまう方が良い。

 冷やす方は、40cmの長さのガラス管を用意している。普通の太さのガラス管、外径6mmで湯のガラス管より少々太い。しかも、常温から冷やすと言っても氷水ではせいぜい10℃ほどしか下げられない。水位は数センチ下がるだけ。なので、加熱した方の水位が冷めるにしたがって下がるのも観察させておきたい。

3 膨張試験器で、金属の膨張・収縮を示す

断熱板断熱板

金属の膨張実験金属の膨張実験金属の膨張実験

 金属の膨張は、ガスバーナーで400℃位まで加熱する。火傷と実験器具の置き場の注意が欠かせない。

 加熱した金属球を触ることはないだろうが、特に、木柄の先の金属部分が相当熱くなっているのには気が付かないから、注意しておくことが必要。

 置き場として、断熱版を用意している。住宅の外壁に使用している窯業系サイディングボードだ。熱い実験器具はこの上に置くことにしている。

 加熱した実験器具は水で冷やす。高温なので水がはじけ飛ぶので、ゆっくりと冷やすのがコツ。また、冷やした水は相当熱くなっているので、その都度新しいい水に取り換えて使うのが良い。

4 膨張の大きさは、空気>水>金属

 空気は、内径20mm超のフラスコの口で見た。水は、内径2mm程度のガラス管だった。金属は、測っても分からないので輪を通して確かめた。

 膨張率なんてこだわりを持たなくても良いが、気体、液体、固体では膨張する量が違うってことぐらいは気づいてほしいもんだ。

5 膨張試験器は、噛みこんで離せなくなるもの

金属膨張試験器を直す

 常温で通り抜けない方の輪は、よく金属球が噛みこんで離せなくなる。「通るようになった」と喜んでいるうちに、輪の温度が下がってしまって、球を挟み込んでしまうのはよく起きることだ。

 で、そうなったのは引き上げて、準備室のガスコンロで炙りながら、上からガスバーナーで輪の付け根部分を中心に炙る。抜けそうな方向に金づちでつつくと外すことが出来る。

6 生活に生かす理科を

ジャム瓶

 温めたら膨らむワ、ってのがこの単元の収穫。それを生活に生かしてこそ生きた科学だ。で、こんな問題を出してみた。

 蓋をコンロでちょっと熱いぐらいまで炙って回すとフタをあけることが出来る、って気がついてほしいもんだ。

 

 

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金属の膨張を確かめる実験 <ものの温度と体積>

金属の膨張実験金属の膨張実験金属の膨張実験

 空気、水とやってきた実験、今日は、金属の膨張を確かめる実験。“直径を計ってもわからん位なので、輪を通るかどうかで確かめます”って説明。

 片方の輪は通る、もう一つの輪は最初から通らない。通らない輪を通るようにするにはどうすれば良いか?

 「冷やしたら良い」って答えが出た。「輪を温めたら良い」も出た。冷やすったって20℃ほどしか下げられないからねぇ、と冷やす説は断った。

 

 担任が言うには、“水を冷やすと体積が減る、うんと冷やすと無くなるんではないか”って思ってる子がいるって。それはスバラシイ。絶対零度に行きつく考え方ではないか。

 

 実験道具は各班に2セット。ガスバーナーも2本。マッチも2つ。二人で1実験。なので、どちらかの輪っかを担当することになる。

 やけどの注意はしつこくやっておいた。「球を触る人は無いと思うけど、この柄の部分も熱い」って。

 で、忘れてた、冷やす水に何回も鉄球を入れると熱いんだワ。1回ごとに水を替えさせるんだった。

金属の膨張実験金属の膨張実験金属の膨張実験

 断熱版の授業でのデビュー。14mmも厚みがあるのでホンに調子が良い。言わなくても穴に球を置くし。

 

 授業のカンドコロは、ガスバーナーの習熟。「そんな低いトコとちゃう。青い三角のちょっと上」「マッチを擦って箱を放り出して左手でガスリングを回せ」「空気リングは両手で調整したらいい」なんて声掛け。何度もやっておくと、あとの学年で楽だから。

 

 さて、私の出番!

 1時間目のクラスは、12セットのうち3つの球がリングにはまって外れなくなった。次の時間に次のクラスが使うってぇのに。

 すぐに準備室に取り込んで、ガスコンロとガスバーナーでリングを中心に炙って、金づちで叩いてみる。運が良けりゃ叩かなくてもゴトンと落ちる。

 担任だけだと、実験の終わりの指導をしながらコレをやるってのは、次の時間に使うからと焦るし忙しすぎる。

 だから多分、1班に1セットで、残りを予備として置いておくことになるんだろうな。

 次のクラスでも1セット輪っかにはまってしまった。私にとっては多分そうなるだろうって思ってるので、“やっぱりやりましたね”って余裕をもって対処できる。


 


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金属膨張試験器が登場するので <ものの温度と体積>

断熱板

 金属膨張試験器を出してきて班ごとに配布の準備。今年は、水の対流の実験用にと作った断熱板が使えるって思いついた。

 いつもは、温めた熱い金属球やら輪っかをどこに置くかで、金網を配っていた。断熱板に金属球を乗せてみると、あの穴が手ごろな大きさなんだワ。それに裏側(サイディングとしては表面なんだが)の模様がうまく転がっていかないようにと機能してくれるみたい。

断熱板断熱板

 というわけで、班に金属膨張試験器を2セット、断熱板も2枚配布。ガスバーナーが2台になるので、マッチも2箱。二人で実験ってことになる。贅沢な学習環境だこと。

 

 断熱板は段ボール箱に収納する予定だったが、牛乳籠を出してきて、底に杉板を敷いて、仕切りを作って、ガスバーナーの棚の下の、三脚やら金網の横に収納することにした。この断熱版は、熱伝導の実験の時の銅板やら銅棒の置き場としても使えるから。

 

 思いついて近くの建築現場からもらってきたサイディングが役に立つこと。元手が0円ってのも良い。


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水の膨張を長いガラス管で <ものの温度と体積>

1.2mのガラス管で1.2mのガラス管で

 今日は水の温度と体積の変化を実験で確かめてみる。

 加熱する方は、長さ1.2mのガラス管。危ないので、鉄製スタンドに固定して実験をする。ガラス管も支持棒にマスキングテープで縛りつけておいた。

 スタンドの使いかたは、教科書が同じスタンドで説明をしているので“教科書を読め”って。説明を聞くより読んで自分のものにしろってことにした。黙読だと早いので1分半ほどで組み方の説明終わり、つまり、時短。

 

 組んだ実験装置のガスバーナーの点火状態は机間巡視で確認して回る。金網が赤熱している状態なら結果が出るのが早いのだ。

 椅子の上に立って用意しているのが加熱組、下で短いガラス管で準備しているのが冷水組。あたためる実験と、冷やしてみる実験を同時にやってしまおうってことだ。

 

 ガスバーナーで加熱すると、水面が80cmほど上昇したところであふれる。あふれたら火を止めようってことにした。ちなみにその時の水温を計ってみると約60℃。湯では火傷をするほどではない。スタンドの一部分は火傷の恐れがあるので、片づける前にノート記録をさせる。

 冷やす方は、なかなか下がらんと言ってる。しゃぁないわな。加熱する方は20℃の水を60℃まで上げたんだ。冷やす方は20℃からせいぜい10℃付近までだ。温度差が違うんだ。それと、長いガラス管はちょっと細いタイプなのだ。あふれなくっちゃ記憶に残らんから。冷やす方は内径がひと手大きいガラス管だが、それでも数センチは下がった。

 

 ノート記録をしているのを横目に、長いガラス管はコチラで片づけてしまう。振り回すだけでも割ってしまいそうな気がするから。

 

 「温めたら体積が…」って考察の書き出しだが、「冷やす実験もしたのにそれを考察に書いてない子がいる」って担任が指導してる。そうか、それも書かなあかんのかって経験を踏んで考察が書けるようになっていくのだ。ある面、作文能力が学力の一部って言えるんだから。
 


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シャボン玉あそびって感じですが <ものの温度と体積>

空気の温度と体積

 4年生の実験らしい実験が始まる。温度と体積の変化をつかむのだが、温度をはかるわけでもないので、すぐに反応するシャボン膜を使う。

 教科書のタマ飛ばしは隙間が空いていたりする心配、風船を膨らませるには膨張する空気の力では足りぬ。その点石鹸膜はすぐに変化する。

空気の温度と体積空気の温度と体積空気の温度と体積

 用意したのは一人ひとつのフラスコ。つまり個人実験。それに、ぬるま湯を入れたコンテナと、氷を入れたタライ。

 昔の給食の皿に食器洗剤を3倍に薄めて配っておいた。指2本にせっけん液をふくませてフラスコの口を横になぞると石鹸膜が出来る。それの変化を見るのだ。

 

 班を回りながら冷やす方をやっているフラスコに、いくつも石鹸膜を作ってやる。フラスコの口から下がっていくので、5枚くらいは幕を張ることができる。およそ首の長さくらいは引き込んでくれるのだ。体積がどれほど縮むのかを計らなくて良い実験なので、半分遊び感覚でいいのだ。何枚も引き込んだ石鹸膜は、温めて外に出してやりたくなる。シャボン玉を二つ三つ重ねてるのはそのせい。

 

 楽しく遊んでいる感じがするけど、ところで、温度と体積の関係を考察で書けるんかいな?

 「空気を温めると体積はどうなるか」がテーマ、それなら考察は「空気を温めると体積が……」と書き出せば良いのだ。温と冷の実験をしたのだから、「冷やしたら…」も書いてあると満足な考察ってことになるだろう。論理的な作文が理科の大切な、ものの考え方なんだろう。

 指導に当たっては考察の書き出しを意識してテーマの書きぶりを工夫することが肝要。「温度と体積の関係を調べよう」では、書きにくい子がいるのだ。

 

 


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二人で2実験、金属の膨張 <ものの温度と体積>

金属の膨張実験

 空気・水と、温度による膨張の実験をしてきた。今日は金属の膨張。

 危ないんだわこの実験は。手に持っているクロームメッキの部分は熱そうな顔をしていないので、つい触ってしまう。軽く100℃以上なんだけど気が付かない。

 贅沢だねェ、4人にバーナーが2台。同じ実験を二人がやっている。

 炙りはじめはガスの水蒸気が金属球について濡れていたのが、蒸発すると100℃超えだ。放射温度計で計ってみると計測範囲を超えているので200℃以上だ。その先はマッチの頭薬を押し付けて発火するのを見せ、400℃以上だと。そして、ここが熱いから気を付けてと注意して回る。

 

 球を温める一人目の実験が終わると、今度は交代して輪を温める実験。そのたびにガスバーナーの点火の作業がある。点火の怖さがだんだんと無くなってきたようだ。

 


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空気の膨張と収縮の実験 <ものの温度と体積>

空気の膨張と収縮

 たらいに氷を入れて配って、コンテナには湯を入れて配る。氷と湯の準備をしておいたから一度にやってしまう。

 フラスコは一人1個。給食食器だったアルミ皿に台所用洗剤を3倍ほどに薄めて配る。

 フラスコの口に石鹸膜を張って、膨張と収縮する様子を観察する。

 一度に4人実験が出来るし、簡単にやり直しが出来るし、個人実験なので人のも見ながら進んでいく。

 

 机間巡視しながら私の遊び心が出てしまう。フラスコの首を下がっていく石鹸膜だが、フラスコの口にもう一枚指で石鹸膜を張ってやる。「そんな手があったか」「やった、2枚」「私は4枚」進化が伝播するのは早い。

 「これ、温めたらどうなるやろ」と思ってやってみる。

空気の膨張と収縮

 「ダルマみたいになった」

 「あっためといて、冷やしたら、もっと何枚も作れるかも」

 子どもって、遊びの天才ですよね。半分遊びでもこんだけやると「こんなことして遊んだやんか」って言うて思い出させんでも、忘れへんのと違うかなぁ。

 

 ま、あとで考察をしっかりと書いといてヤ。


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1.2mのガラス管で実験してみる <ものの温度と体積>

水の膨張

 いえね、ちょっと前からゴム栓に穴をあけておいたんです。それにちょっと細めのガラス管を差し込んで、使ってみるか、って出してみたんです。あかんのは、ガラス管を差したのが実験直前。つまり、予備実験をやってないってトコ。ちゃんとやってないもんで心配だったんです。

 ま、長さ40cmのガラス管で、あふれてきた時の水温が、プラス10℃だったので、その3倍あっても上りきるだろうって予測はしてたんです。

 こんだけ長いと、楽しい。ただ、高すぎて見えにくい。取り回ししにくいし、割りそうで怖い。実験をしてみたら、「あと5cm、あと2cm…あふれたぁ〜。」この瞬間が楽しい。待ち時間も長いことだし。

 困ったことに保管しておく場所がない。そもそも、40cmのゴム栓つきガラス管にしたのは引き出しに入る最大寸法だったのだ。1.2mの保管箱を作らなあかんのかなぁ。

水の膨張 

 もう一手細いガラス管があるのだが、さすがにそれは折れそうでよう使わんかった。ガラス切りで切る時にも潰してしまうぐらい細いんだから。こりゃぁ水温度計を作るためのガラス管だな、ってヤツ、でした。

 

水の膨張

 授業は、冷やして収縮するほうもやってみる。こちらは40cmのガラス管。氷で冷やしてガラス管内を水が下がっていく様子を観察。


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空気を収縮させてみる個人実験 <ものの温度と体積>

空気の収縮

 理科室に、家庭科室の洗濯用のタライが積んである。空気の収縮の実験をやったな、と思っていたら、準備室に電話がかかってきた。空気を氷で冷やしたら、思いのほか楽しくて、この実験用に作っておいた家庭科室の冷凍庫の氷を一クラスで使ってしまったんだと。(写真は去年のデス)

 あの長いフラスコの首を石鹸膜が球の部分まで下がっていくのだ。何度でもチャレンジ出来る実験だし、一人ひとつのフラスコだから面白くて何度もやったのだろう。

 こんなふうに子どもの反応を見ながら授業を進めるって良いねェ。子どもがノッてくれば何も教えなくたって身につくんだから。

 

 しゃあない、この灰色のコンテナに水を満タンに入れて、家庭科室の冷凍庫に入れておきましたワ。二日もあれば氷になるんではないかな。

 鉈と金づちで割って小分けしておかんと。ああ、氷屋さんのあの荒い目ののこぎりがほしい。植木屋さんの荒めののこぎりではすぐに目が詰まってしまうから。

 


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水の膨張の実験セットを組む <ものの温度と体積>

水の膨張

 4年生が水の膨張の実験セットを組む。

 私は「マッチがあるというのに、何か忘れてませんか」なんて声をかけて回る。教え込みタイプの先生が多いから、意図して「燃え殻入れを取って来なさい」なんて指示は決してしない。「ああしろ」「こうしろ」と指示して回っていると、指示待ち人間になるばかりか、聞くことに疲れて指示に従わなくなってしまう。自分で気づくことが大事で、気働きが出来るように育てなくては。

 セットを組むにあたっては、知恵を働かせて、前で先生が組んでいるセットを物差しで測ってきて組んでいる班もある。言われた通りするよりも良いことではないか。

 まだガスバーナーの点火は初心者。「どっちがガスだった?」「青火にするのはどれを回すんだった?」と声をかけて回ると、班のみんなが考える。実験を人まかせにしちゃわないのが4年生の良いトコ。

 

 この実験セット、10℃も温度を上げるとガラス管からあふれる。ガラス器具でやけどをする心配なんてナイ。

 


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金属膨張試験器を復活させる <ものの温度と体積>

金属膨張試験器を直す

 以前に輪っかに噛みこんでしまって外せなくなっていた金属膨張試験器。今年は班の数が少ないので復活させると4人に二つ配れるかと思ってトライしてみた。一度はあぶってみたのだけど外せなかったもの。

 この輪っかは、常温では鉄球が通過できないサイズの方。うわっ、すれすれ!なんて言っているうちに輪に挟まれてしまったらしい。要するに横道にそれて遊んでたから、だ!。

 

 ずぼらなことに、コンロの五徳に乗っけたままで放置。授業にお付き合いしていたり、ほかの仕事をしているうちにゴトンと音がして金属球が落ちた。

 最近のSIセンサー付きコンロと違って、こんなものをあぶるには最適。勝手に火を小さくしたり、消したりしてくれることがないから。以前は、ブンゼンバーナーで上からもあぶったのだが外れなかった。放置しておいて外れるなら楽なこった。

 もう一方は、あぶった後、金属球だけに濡れぞうきんを当て、再び輪っかを加熱しながら、金属球を叩いたら外れた。

金属膨張試験器を直す

 水に入れて急冷するもんだから、黄銅の色が見えるようになった。輪っかが締めこんでいた跡形がついてしまっている。


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金属膨張試験器が用意されている <ものの温度と体積>

 理科室に入ると、金属膨張試験器がバットに配布しておいてある。板書もそれ用に昨日のが残してある。

 それならば、って作業を始めた。

金属の膨張金属の膨張

 ジャムの瓶を沸騰した湯でゆでる。瓶の内側には水滴程度の水が内壁面についているので湯気がこもる。それを熱いまま蓋をして、水で冷やす。

 中に水を入れていると、蓋を温めようと思うと水が、蓋を冷やしてしまう。ジャムのように流れてこないものでないと蓋だけをあぶるのは難しいので、ほとんど空瓶で作った。

金属の膨張ジャム瓶

 で、ちょっと見た目の良い写真を撮って、問題シートを作っておく。

 

 生活に役立ててこそ、科学なんだわさ。

「持てない位熱くあぶったら開くって」という子が居る。そんな生活の知恵を確かめるのも科学なんだわ。

 

 私は、蓋の隙間にスプーンを差し込んで、瓶の中に空気が入るようにして開けている。瓶詰の工程では、詰めた後加熱をして瓶内の空気を水蒸気で追い出しているので、瓶内の気圧は低い。そこで、空気の通り道を作って空気を入れ、気圧差を無くしてから開けている。

 正解が一つじゃないってのも、良いところだねぇ。

 


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温度による水の体積の変化の実験装置を組む <ものの温度と体積>

水の膨張の実験セットを組む

 フラスコに満タンに水を満たしゴム栓を差し込む。噴水のように溢れさせてから、ゴム栓を緩めて水位を中ほどに下げる。

 それだけを説明しておいて、実験セットを組むように指示する。あとは前の机に置いてあるのを参考に。

 ガスバーナーの炎の高さを見込んで金網の位置を決めなくてはならない。ちょっとこの班は前へおいで、と呼び出して、針金が赤熱する様子を見せる。どれぐらい離せばいいか考えて、微調整するようにと戻らせる。律儀な子が物差しを持って戻ってきて”7.2mmだ”と計って帰っていった。ちと違うんだがなぁ。

 

 今日は組むだけで授業時間が終わってしまった。そのまま窓際に置いておく。

 組んでおいてやるのは簡単だが、それじゃ面白さが半減してしまう。4年生にとっては大掛かりなセットを組んでこそ楽しいのだ。

 

 こんな時に、細いプラスドライバを持ってスタンドの縦棒のゆるみをチェックして回る。組み付けて向きを変えているとよく緩むんだ。ダブルナットにはなっているんだが。


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温度による空気の体積の変化 <ものの温度と体積>

空気の体積の変化

 家庭科室の冷蔵庫で作っておいた氷が出来上がっていた。で、今日のクラスの空気の温度による膨張の個人実験には、その氷を入れておいた水槽を用意しておいた。

 

 フラスコの口に石鹸膜を作る方法を見せるために、担任は前の中央の机でやり始めた。私は、後ろ半分の班をあつめて後ろの中央机でやって見せる。指二本にせっけん液を付けて、横にずらすと石鹸膜が出来る、そのコツの説明だ。半分に分けると、出来るだけ近くで見せることが出来るので分かりやすい。

 

フラスコを手で温めると石鹸膜が半球状まで膨らむ。そのフラスコを氷を入れた冷水に漬けてみる。

空気の体積の変化

 半球状に膨らんでいたのが、フラスコの首の中を石鹸膜が下がっていくのだ。こんなに下がった、なんてのが楽しい。収縮した量が目で見えるのだ。3班に一つの水槽で不足はなかった。これなら準備も簡単だし。

 

 理科らしくするために「考察」を書かせる。「結果」はこれだよ、これから何がわかったのかを考察に書くって指導だ。横から、3年生にわかるように説明するつもりで書く、って付け加える。

 

 半分ほどが溶け残った氷は、新しいポリ袋に入れて、再び家庭科室の冷凍室へ。


 


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そや、氷を作っておかなくては <ものの温度と体積>

空気や水の膨張

 空気や水の膨張に使う実験セットを用意しておく。一つは、鉄製スタンドに組んでおく。4年生にとっては鉄製スタンドに金網やバーナー、フラスコを組み付けていくって作業が、実験らしい実験をしているようで楽しいのだ。だから準備はこの程度で、バーナーやら金網は自分たちで準備をさせるのだ。

空気や水の膨張

 それよりも準備しておかなくてはならないのは氷。たかだかフラスコの空気を冷やしてみるためにコンビニの氷を買ってきたのではもったいない。ビニール袋に水を入れ、器具配布用コンテナに入れ、家庭科室の冷凍庫に入れる。これで2日も待てば氷が出来るはず。

 使うときは、割って配ったりしないつもり。この袋のまま水槽へポトン。

 


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空気の膨張は一人1実験でやろうって <ものの温度と体積>

空気の膨張

 ガスバーナーの点火練習のあとの10分間で出来る実験をと準備を始めた。

 板書には60℃の湯につけると図示してあるが、湯で温めてスチロールの栓を飛ばす班で1実験では時間が足りなくなる。第一、スチロールの栓をそんな数は所有していない。

 各自が手で温めて石鹸膜をふくらませる一人1実験でやろうと準備した。この実験なら10分もあれば十分。

空気の膨張空気の膨張

 返却したばかりの燃え殻入れに、台所用洗剤を水で倍ほどに薄めて配布。フラスコは収納籠ごと班に配る。丸底、平底混合だが、一人1実験だとテーブルの上に置くことがない。常に手で持っている状態なので、倒れないようにという対策の必要がない。置きたいのなら、フラスコ籠の穴に置けば立ってくれる。

 フラスコの口に、指2本にせっけん液をつけて膜を張り、両手で温める。すぐに半球状まで膨らんでくれる。10分しかなくても、ひとり2回ほど実験が出来た。

フラスコ籠

 こんな時にこのフラスコ籠って便利だねぇ。石鹸と手脂でちょっと曇ってしまったので、洗い直しをしてやらなきゃアカンな。


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L300mmの試験管の使い道として考えた <ものの温度と体積>

300mm試験管の使い道

 アンモニアの発生、木材の乾溜なんて実験に備えたんだろうか、長さ300mmの試験管がある。試験管立てには立てられないし、今の理科教材では困ったもんのひとつ。

 

 ふと思いついて、口に石鹸幕を張って手で温めてみた。そりゃぁ、膨らむよな。で、300mmって長さは、二人の手で温められる長さなんだわ。

 この実験、できるだけ空気の量の多いガラス容器を使うのがコツなんで、フラスコがもってこい、太さ24mmの試験管も良い。

 フラスコに石鹸幕を張り、湯で温めてみたのが下の写真。これも二人の手で温められるか…。

フラスコの空気で膨らませた


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ジャムの瓶を温めてフタを固くしめておく <ものの温度と体積>

ものの温度と体積

 家から空のジャムの瓶を運んできた。フタを緩めて、沸騰している湯につけて、フタを固く締めておいた。

 冷めてくるとペコンと蓋が凹んだ。これで完成。

 

 金属の膨張を使って、フタだけ温めて、熱いのをがまんしながら開けられるハズ。火傷のおそれがあるのと、ぞれだけ抜かりなく準備するのも大変なので、師範実験のつもり。

 

 理科を勉強すると、生活に役立つのだ!


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空気の膨張と収縮を調べる <ものの温度と体積>

赤水を吸い込む

 温度による水の体積変化を調べる実験に続いて、温度による空気の膨張・収縮の実験をする。ガラス管に吸い込ませる赤水の準備をしておいた。ビーカーを斜めにして、ガラス管を差し込みやすくしたところがミソ。古いスタンドのパーツがこんな所で役に立つ。

 

 今度は水の時のように大掛かりな装置は組まない。それよりも、班で二手に分かれて同じ実験をさせたい。4年生は5班編成なのだ。ゴム栓。ガラス管は10本以上ある。だから、フラスコを2つ、ゴム栓・ガラス管を2本配ることが出来る。

 温めるのは「手」だ。20℃程度の室温を30℃程度の手で温める。これを観察するために、色をつけた水を用意した。

 ゴム栓のそばに吸い込ませて、指で押さえながらフラスコに差し込む。これで実験装置、終わり。二人で実験をするなら4つの手で温めるのだ。あっと言う間にガラス管の外へ出ていくハズ。

 

 収縮は、水槽に水と氷を入れて、それで冷やす。これもあっと言う間にフラスコの中へ吸い込まれるハズ。

 

 1時間で何度も実験が出来るので、おもしろいと思ったら何度でもやったらエエやん。それで理科が楽しい、好きヤ、ってことになるんなら。やはり、限りなく一人1実験に近づけることですよ。

 

 これだけ準備をしておいて、

 

 本年の更新はこれまで。新年は、1月半ば過ぎから更新を始める予定。 

 

 

 


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水は温度によって体積が変化するのか <ものの温度と体積>

水の膨張

 4年生がいよいよ実験らしいコトを始める。

 教科書は空気の体積変化が先だが、火器の取り扱いに慣れるために先に水の膨張に取り組む。

水の膨張

 丸底フラスコ用のゴム栓とガラス管です。水を満タンに入れたフラスコにさして、強めに押し込んで噴水のように水を出した後、少々ゴム栓を緩めると、ガラス管の中ほどに水位が落ち着く。これを指標にフラスコをガスバーナーで炙ってみる実験。

 

 マッチの扱い方の復習、ガスを青火にする操作の復習、実験の記録を取る、が本時のねらいだが、実験装置を組ませるのも大事なポイント。これを自分たちで組まなければ授業の面白さは半減してしまう。「演示実験」なんてフレーズで検索してくださる方がいるけど、子どもたちはヤリたいのだ。“楽しそうな顔してましたねぇ”って、担任も気づいてました。

 実験セットとして用意しておいたのはマッチ、物差し、デジタル温度計。あとは自分たちで何が必要かを見ながら取り出してくるのも仕事。マッチをすろうとしてから「燃えがら入れ~ッ」と急いで取りに行く失敗も必要なのだ。

 

 ガスバーナーの口からこれぐらい上が一番熱かったよな、スタンドの上の棒をガラス管の水の位置に固定しておいたら物差しで測りやすいよ、温度はフラスコに貼ってあるマステで計ろう、なんて説明はしたが、あとは教師用実験卓に組んであるのを見ながら組み立てるのだ。

 

 ちょっとやらせることを盛りすぎたせいか時間が少々不足した。同じ実験を次のクラスがするので、スタンドなどは出したまま授業を終える。片方が出し、もう一方が片づけるという方便。


 


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初めて、火器に点火してみる <みんなで使う理科室>

初めての火器への点火

 ものの温度と体積の実験を控えて、火器の取り扱いをやってみる。

 アルコールランプを班に2台配り、一人1箱のマッチを持って点火してみる。マッチを擦った経験のある子にやって見せてもらうと水平打ちだった。その擦り方ではこのように折れることがある、とやって見せた。で、“人差し指の肉球でマッチの軸を押すように持って下向きにつつく”擦り方を教えた。言われたとおりの手の構えになっているのが上の写真。

 アルコールランプを戸棚から取り出して、戸棚に片づける所までやってみる。「ものは両手で体の前で持つ」ってのは出来ていた。いつの日にか崩れぬようにしておきたいもんだ。

 続けて、ガスバーナーも2台で一人1回点火してみる。1人で点火しないと事故のもとなので、片手で操作するってのがなかなかむずかしいのだが、一応の体験は出来た。1卓に2本のバーナーって風景はこの学習以外にはあることではない。

 あとは、点火する機会をできるだけ増やしてやりたいものだ。だって、かなり緊張して点火しているのだから、ちょっとうまくいくようになったと思えた時には成就感を得られるんじゃないかな

初めての火器への点火初めての火器への点火初めての火器への点火

 ものを温める実験が始まると、炎とものの距離などに気を使わなくてはならない。点火できるかどうかが不安なようでは困るのだ。

 何とかマッチ箱の持ち方はよくなったのだが、まだまだ習熟しているってところまではいってない。

 ま、マッチ3本でほとんどの子が2つの火器に点火できたようなので、良い方かな。

 

 久しぶりにガスバーナーを出してみると、上学年が使った後は硬く閉められているのがあって、4年生では緩められないのがあった。代わりのを渡しておいて、準備室で緩めてから理科室へ出しておいた。

 

<みんなで使う理科室><ものの温度と体積>

<初めてのマッチ>


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金属が膨張することを確かめる実験 <ものの温度と体積>

金属の膨張試験器
 学期末を控えて佳境にはいったらしくて、依頼メモが置いてあった。
 金属膨張試験器は、急いで鎖の外れているのを修理して11台揃った。
 で、ガスバーナーなどを使い始める4年生なので、使い慣れるように2人班、3人班にその場で組み替えて11班にして実験をさせたらと、提案しておいた。私の出勤予定の日でなくても、メモをもらうと準備がしやすい。
 
 一人でガスバーナーの点け消しが出来るってのは、基本的な技能なのだ。片手には擦ったばかりのマッチを持っているので、もう片方の手でバーナーのリングが回せなきゃいけない。これをさせるには、人数が少ない方が良いに決まっている。事のついでに、線膨張試験器も使って、アルコールランプの点火・消火も出来ると良いのだが、4年生にとっては忙し過ぎるだろうか。
 
 この実験、金属は熱そうに見えないので火傷の心配がある。特に金属球を下げている釣竿部分を触ってしまって火傷をすることが多い。実験を交代してやることも考えると、冷やすための水の容器が必要になる。燃え殻入れに使っているアルマイトの食器がこんな時に活躍する。マッチとともに食器は2つ、バットに入れておいた。
 

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空気を冷やすと体積はどうなるか <ものの温度と体積>

 今日の実験は、家から氷を運んで来させて、空気を冷やしてその体積がどうなるかの実験。
 チャック付きのビニール袋の空気でどうなるかを予備実験したみたい。結果は、と訊くと、“減ったかどうだか”ということだったので、フラスコとガラス管を使って実験することを提案した。
 ちょっと合間にフラスコと風船でやってみたが、変化した、って言い切るほど動いてはくれなかった。 
食紅であちこち赤い
 実験方法は、ブラスコにガラス管をセットしてから、食紅入りの赤い水をガラス管の先に吸い込ませる。ちょいとゴム栓を緩めてやると、簡単に吸い込んでくれる。そして、ガラス管を水平に保持したまま班に戻って氷水にフラスコを漬ける。
空気を冷やすと体積は空気を冷やすと体積は空気を冷やすと体積は
 30cm超のガラス管だが、2秒ほどで赤い液はフラスコの中へ吸い込まれる。細めのガラス管を使ったから、吸い込んだ赤水が勝手に移動しにくいし、冷やせばアッと言う間に動いてしまう。この速さは、おもしろい。速いものだから、2・3回実験することができた。
 赤水を吸い込ませるのに、ビーカーを持っていてやるのが面倒なので、スタンドにビーカーを斜めに取り付けておいた。おかげで何度も実験出来たみたい。こういう時に活躍するのが、ヒビの入ったビーカー。壊れそうだがまだ水漏れはしないのだから。
空気を冷やすと体積は
 途中で赤水をストップさせた班は、手で温めて赤水を元の位置に戻していた。手で温めただけで液が移動したのを覚えていたのだろう。こういうチャレンジが面白いんだよナ。

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水や空気の膨張で食紅を使ったらあちこち赤くなってしまった

食紅であちこち赤い食紅であちこち赤い
 ここんところ、空気や水の膨張の実験が続いていて、食紅をよく使った。
 教師用実験机の上に赤いシミがあるし、機材を配ったカゴにも赤いシミがついている。流しの赤いシミは、水を流しながらこすると簡単に取れた。児童用実験机は、子どもたちが拭いているハズなので大丈夫だろう。
 そのほか赤くなっているのは雑布。コレをきれいにしなくては、赤い雑布なんてのは何とも不気味。
食紅であちこち赤い食紅であちこち赤い
 出してきたのは、次亜塩素酸、そんな高級なものではなく100均で手に入るブリーチとかハイターって漂白剤。スポンジにつけてこすると、アッと言う間に色が消える。雑巾も洗剤と漂白剤を混ぜた液につけると、食紅の色だけさっさと消える。
 こんなにラクだと、赤インキを使おうか食紅にしようかと迷って、手元にあった食紅を使ったのだが、それで正解。
 
【予告】
 年内はこれにて仕事納め。新年は12日から更新を始めます。 
<ものの温度と体積>

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水を温めて膨張させる <ものの温度と体積>

水をあたためると水をあたためると
 今日の実験はコレ。担任の予定では、空気を氷で冷やすのをやる予定だったのだが、氷の準備不足。用意しておいた水を温める実験をすることになった。
 担任が実験方法などをノートに書かせ始めたところでヒラメいた。水に色をつけると見やすいってことを。それも赤く染めると温度計っぽくて実験をしている実感が湧くではないか。
 バットに入れておいた丸底フラスコに急遽食紅を少々配って回る。そして、実験のコツを説明するために用意していた教師用セットの水を捨てて、食紅入りの水にした。フラスコ内に空気を入れないことが実験の条件なので、教師用セットでソコんところを説明したかったのだ。それと今までの実験から、「何となくゴム栓を触ってみたかった」という、思慮に欠けた行動をしないようにとクギも差しておかなくてはならないからだ。
 
 各班で装置を組み始めると、ガラス管の低めの所に水面が来るように調整して回った。ゴム栓の隙間から水を出してやると管内の水面を下げることが出来るのだが、コレは説明が難しいし、空気を入れてしまうおそれがあるからだ。
 実際に実験を始めると、ガラス管に細めのを使っておいたので、温めてみると10℃少々温度を上げただけでガラス管のてっぺんまでのぼってしまった。風呂よりも低い温度だけど、やっぱり端まで行って溢れる位が楽しい。それに、やけどの心配も無い。
 
 フラスコに貼っているビニールテープは、非接触型のデジタル温度計を使うための、測定ポイント。モノが出している赤外線で温度を測っているのだが、どうもガラスに入った水の温度を本当に測っているんだろうかと私が疑問を持ってしまうので、不透明なビニールテープを貼り付けている。ガラスと水を通して下の金網の温度を測っていたらどうすんだよ、ってね。こうするとビニールテープが放出する赤外線で温度を計ってくれるハズ。これの正しい使い方ってどうなんですかね?。
非接触型温度計
 

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金属をあたためると <ものの温度と体積>

金属膨張試験器金属膨張試験器
 空気や水をあたためると膨張するって実験を4年生がやっている。その最後は金属の膨張。
 金属球と輪っかで実験をするように用意はしておいた。赤テープを巻いた輪は、、室温で金属球が通り抜けないサイズ。どうやると金属球を通すことが出来るか予想を立ててから実験をする器具。
 ガスバーナーを初めて使うことになるな。班でバーナーを2台使わせると面白いかも。30人弱の学級なので、二人で1台のバーナーが使える。実験机は、班に2口のカチットが備わっているという、贅沢な環境だからぜひやりたいものだ。
線膨張試験器線膨張試験器 
 こんな実験器具が揃っている。線膨張試験器という名で、銅、黄銅、アルミの長手方向の伸びを針が拡大して示してくれるという実験器具。コレ以外の用途はナイ。理振の三角シールがあるのでそろそろ30年モノだろう。今では使わないので廃棄しようかと思って梱包だけはしておいたモノ。思い直して取り出してみた。
 ネジの緩みで針が動いてくれないのが散見されるが、調整してやると動く。ただ、アルコールランプが小さなタイプのものでないと嵌らない。小さなアルコールランプは5台しかない。
 仕方がない、演示実験よりマシだから、2班合同で火をつけて経過を見させるか。要するに、温めりゃ伸びるってことが分かるだけの器具なんだから。

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水の膨張の実験の準備 <ものの温度と体積>

ゴム栓ガラス管水の膨張の実験準備水の膨張の実験準備
 水の膨張の実験が次に控えている。そのための準備をしておいた。
 ゴム栓とガラス管は新調して器具棚に並べて格納してある。
水の膨張の実験準備 装置は、安全を考えると鉄製スタンドで組むのが良いだろう。見本を組んでおいた。
 水の膨張では、フラスコを湯につけて加温するのはちょっとキビシイ。火気で加熱することになる。
 ゴム栓とガラス管には、温度計を挿す穴を作っていない。棒温度計をゴム栓に挿すって発想がなかったせいだ。
 実験結果を書く時に、水の温度は欲しい。そこで、フラスコにビニールテープを貼り、それにむけて非接触型の温度計で測ることにした。コイツ、どこの温度を測るかわからないので、3回ほど測ると間違いないだろう。
 
 どれぐらい膨張したかは、300mm物差しをコピーしてガラス管に貼り付けるようにした。
 
 さてさて、4年生にとっては大掛かりな実験装置だこと。使わせてみたくてガスバーナーにしてみたけど、全体の高さが高すぎる。ガスコンロにして全高を下げたほうがいいかも。
 
 

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姿を変える水でつかうのだけど、 <ものの温度と体積>

フラスコ風船フラスコ風船フラスコ風船
 空気や水を温める実験で風船をつかっていたので、それでちょっとイタズラ。
 この先の、水の三態変化のおもしろ実験なのだ。フラスコの中で風船を膨らませたもの。
 
 熱いんだワ、これが。3mLほどの水を入れて加熱して、湯気が出てくるようになったら、フラスコの口に風船を嵌めてしまう。水蒸気の温度が下がると風船がフラスコの中に吸い込まれるってワケ
 真似してやってみようと思うなら、割り箸で綿棒を作っておくと便利。吸い込む力だけで風船を裏返すのは無理。割り箸綿棒で介錯して押し込んでやらないといけない。フラスコの首で重なってしまい、吸い込む力が強くて一つ目はフラスコ内で割れてしまった。
フラスコ風船フラスコ風船
 どうやって作ったかは、モタモタとしている内に入ってしまった空気があったり、そこに水滴がついていたり、張り付き防止のでんぷんが糊状になってついていたりするのがヒントかも。
 
 掃除に来た6年生に聞いてみたが、「フラスコの中の空気を抜いてやると中でふくらむよナ」って言ったが、水蒸気を水にもどして膨らませるという結論には到達しなかった。知識というよりもヒラメキが肝心な問題だな。

<水のすがた><水のゆくえ>


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水や空気をあたためると <ものの温度と体積>

空気を暖めると
 4年生が理科室を使い始めた。その最初は、水や空気を温めること。
 その実験のために、フラスコにガラス管を差して、手で温めてみた。ガラス管に入れた赤インクがすぐに移動する。結果がすぐに出るのは良いのだが、赤インクを薄めた水では、ガラス管の中で、割れたり、下へ流れたりと思った動きをしてくれない。ゼラチンで固めにしてやると良いとは思ったが、時間が足りない。
空気を暖めると
 そこで、ゴム栓に穴を開け、細くて長いガラス棒を差し込んで温度計を作った。フラスコ内の空気を手であたためると、底の赤インクがガラス管内に上がってくるしくみ。
 コレ用に格別細いガラス管が置いてある。なので、使わなくては。
 
 「何で赤インクが上がってくるの?」って発問。何人かが発表すると、だんだんと言葉がまとまってきて良い回答になる。言葉が進んでいくってのが“考える”ってこと、そのものなのだ。
 
 いつも授業前の特急仕事だこと。班の数だけ作れば良いのだが、コレにぴったりのゴム栓を使い切っきってしまったので足りない。

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ゴム栓、ゴム管、ガラス管 <ものの温度と体積>

水上置換1 水上置換2 水上置換3
 炭酸水から二酸化炭素を取り出す、水から水蒸気を発生させる程度の学習になってしまっている今の理科。ゴム栓に2つ穴を開ける必要がなくなっている。
 そこでフラスコに取り付けるセットを新たに揃えることにした。
 ガラス管を曲げ、ビニル管を取り付け、ゴム栓に穴を開けて組み立てた。
 とりあえず、発泡スチロールの箱に収めたが、急いで取り出すと絡まってしまい、ガラスを割りそうな気がする。実験のシーズンが終わると、フラスコを取り外して、ゴム栓、ビニルチューブ、ガラス管だけのセットにして、引き出しにしまう方法を考えることにした。

 ついでに、水の温度による体積変化を調べるゴム栓、ガラス管も用意して、引き出しに整理して収納出来るようにした。引き出しは、新しく製作した。このように整列してくれると、実に気分がいい。
ゴム栓ガラス管


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累計記事数: 1821
最終更新日: 2020/08/07

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