資料紹介
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資料の原本内容
水の三態（気体・液体・固体）それぞれについて、「粒子」という用語を用いながら、また図で示しながら説明しなさい。また、気体と液体、液体と固体のそれぞれの間の変化についても、同じように「粒子」という用語を用いて説明しなさい。
固体
物質を形成する粒子が規則正しく並んでいて動き回らない。
液体
粒子が触れ合いつつ動き回って不規則に並んでいる。
気体
粒子がばらばらになり勢いよく飛び回っている。3つの状態のうちもっとも密度が小さい。
液体を熱すると、粒子が飛び出し、気体の状態になる。これを蒸発という。液体は一般に自然に放置しておいても、その表面から蒸気となって蒸発する。飛び回っている粒子が落ち着き、水の状態になることを凝結という。
沸騰を始める温度を沸点という。水は1気圧では100度で沸騰し、液体の状態では100度以上にはならない。
動いて異な粒子が動き出し、固体が液体になる現象を融解と言い、この時の温度を融点という。また、動いている粒子が止まり、水が氷になることを凝固と言う。水の場合、氷が水になるときの温度は0度である。
小学校の理科実験室にある実験器具を用いて、水蒸気についての指導をおこないます。児童に水蒸気を観察させるための実験装置を組み立てる必要があります。その実験装置を図示し、用いる器具の名称を書き込みなさい。次に、水蒸気ができる過程と水蒸気の様子について説明しなさい。その説明には「粒子」という用語を用い、また図も示しなさい。
水蒸気を発生させる道具
水所気ができる様子
蒸発も、沸騰もどちらも液体から気体への状態変化である。違いは、蒸発の場合、液体の表面からのみ水の粒子が気化し、どの温度でも起こる。沸騰は、蒸気圧が大気圧と等しくなったときに起こる。蒸気圧と大気圧が等しくなると、液体の表面を押さえつける力がなくなるので、液体の内部からも気化が起こる。このときの温度が沸点である。
例えば、水を容器に入れ加熱していき、1気圧の時に水が100度に達すると沸騰する。沸騰した時のぶくぶく出る気泡が水蒸気である。
力学に関して下記の問いに答えよ。
二人で重さ20Kgの物を、背の高い人Aと低い人Bで持ったとき、図１のような状態になった。AとBはそれぞれ20Kgを何Kgずつ持ったことになるか。
Aさんは15Kg、Bさんは5Kg
図２のような状態で、非常に軽いボウに同じ重さのおもりが、図のようにぶら下がって釣り合っていた。A,Bそれぞれ何cmずつにすればよいか。
A.20cm、B.10cm
図３のような滑車が組み合わされた仕組みがあるとき、120Kgの物をAのヒモを引っ張って引き上げるには何Kg以上の力が必要か。ただし滑車の重さは無視する。
7.5kg以上
図４のような先が細くなった大根がある位置で釣り合ったので、その位置で切った。切れた左右の大根A,Bのどちらが重いか、同じかを、理由をつけて説明せよ。
Aの方が重い。重心は、A、Bのそれぞれの距離と重さの積が同じになる点のことを言うので、距離の短い方が重さは重くなる。
現行の学習指導要領における小学校４学年の内容（２）金属、水、空気と温度の「イ 金属は熱せられた部分から順に温まるが、水や空気は熱せられた部分が移動して全体が温まること。」について、「粒子」という用語を用いながら、また図で示しながら説明しなさい。
物質を加熱すると、物質の粒子の熱運動が激しくなり、熱を持つようになる。
高温の物体に接触している低温の物体に直接熱が伝わる現象を伝道という。固体の場合、高温の物体の粒子の運動エネルギーが、接点を通して直接低温の物体の粒子に伝わったり、１つの物体で高音部から低音部にエネルギーが流れたりする。
気体が循環しながら熱を運んで全体が暖められる現象を対流という。例えば、ストーブで暖められた空気の粒子が上にのぼり、かわって冷たい空気の粒子が降りて、ストーブで暖められるのがその例である。
磁石にはN極とS極がある。今、ボウ磁石の真ん中で金切りノコを使って切断した。切断したN極の方の磁石はN極だけの磁石になったかどうか説明せよ。
N極だけの磁石にはなっていない。磁石はその電子の回転方向が一定である為、N極とS極を持っている。切断しても電子の回転は変わらないので、N極とS極も維持されたままとなる。
図１のように棒磁石を木片に乗せて、水の上に浮かばせた時、N極はどちらの方向を向くか、また、地球の北極は磁石のN極になるかS極になるか、理由をつけて説明せよ。
棒磁石のN極は北を向く。地球は地軸を中心に左に方向に時点をしている為、北極はS極になる。これはソレノイドが作る磁場のように、電子が左に向かう面を正面にすると上がS極になるのと同じである。
図２のように釘に導線を巻いて、電池につなぐとき、釘のN極はAかBのどちらかを答え、なぜそうなるかを説明せよ。
AがN極になる。電磁石に通る電気を右回りにした時、鉄心の上がN極となる。これは、導線に電流を通し、電流の進む向きを下にすると、導線を軸にN極を頭に右回りの磁場を作ることを利用したものである。
図３－A、図３－Bのように、エナメル線を巻いたオイルを受かって針金モータを作った。回転するのはAかBかどちらかを選び、その時回転させるためには接点X,Yはそれぞれどのようになっている必要があるか示し、回転する原理を説明せよ。
Aが回転する。
XかYどちらかのエナメル線の被覆を半分だけはがす。もう片方は全部被覆を剥がす。
円形コイルに電流が流れると、コイルは円形の板状の磁石と同じ働きをする。コイル面が水平になると、接点がエナメルの絶縁部分とふれ、電流が途切れるのでコイルは慣性で回り続ける。半周期後に再び電流が流れ、回転力を維持したままコイルは回転し続ける。
大きなビーカの中によく溶けた食塩水（密度ρ）がある。その食塩水中に、図１のように直方体の物体が糸につり下げられている。直方体の上面は食塩水面より深さａ、下面は深さｂにあり、ビーカの底面に対し、平行になっていた。この物体の質量をｍとするとき、食塩水中に沈めたことにより、いくら軽くなったかを次の順序で答えよ。ただし、直方体の上面、下面の面積はＳとする。また、重力の加速度はｇとする。
この長方形の物体の上面Ａ及び下面Ｂにかかる食塩水から受ける圧力はそれぞれいくらか。
上面Aはρga(Pa)。下面Bはρgb(Pa) ※密度×重力加速度×深さ＝圧力
よって、この長方形の物体にかかる、食塩水による上向きに働く力の差し引きはどの様になるか、理由も添えて説明せよ。
下面の圧力の値が上回る。浮力はρSg(b-a)。物体の側面からの圧力は反対側からの圧力とつりあい、上面と下面の圧力は異なる。水圧は深くなるほど高くなる。
この糸Xが引っ張る力はどのようになるか。ただし、重力の加速度はgとする。
mg-ρSg(b-a)
以上の例から考察すると、コップの中に浮いている氷が溶けたとき、コップの水面が上昇するかどうか、理由も添えて答えよ。
上昇する。密度ρの食塩水は真水より密度があるので氷は水面より上に浮き上がって浮いている。水面より上の部分が溶けるので水面は上昇する。
密度が大きいミニトマトほど糖度が高いと考えるとき、２つのミニトマトで、どちらのミニトマトの方が糖度が高いかを簡易に調べる方法を提案せよ。
重さを測定できるようにし、紐につるしたミニトマトを同じ水の中に入れる。より重い方が密度が高い。
豆電球に1.5Vの乾電池を1個つないだときに、豆電球に流れる電流が200mAであった。以下使用した乾電池、豆電球全て同じ新品のものである。
豆電球1個を1個の乾電池につないだときの豆電球の明るさと、この同じタイプの乾電池二個を並列につないだときと、直列につないだときでは豆電球の明るさはそれぞれどのようになるのか、理由も添えて答えよ。
乾電池1個の時と、2個を並列にした時の明るさは同じで、2個を直列にした時の明るさは1個の明るさよりより明るい。並列接続の場合は電圧が変わらない。直列接続の場合は電圧が二倍になる。
同じ豆電球に乾電池を図1-B、図1-Cのように並列と直列につないだとき、流れる電流は直列つなぎの場合、360mAとなり、子どもから“おかしい”と質問がでた。子どもは何がおかしいと感じたのか推測し、子どもに対して的確に指導せよ。
電圧は二倍になっているのに、電流が二倍になっていないところをおかしいと感じた。電球は強く光ることで電気の流れを抑えることを説明する。
100ﾎﾞﾙﾄで使用するとき、消費電力60ワットの通常の電球と消費電力20ワットの通常の豆電球を図２のように直列でつないだとき、A,Bのどの電球が明るいか明るさの順番を示し、その理由を述べよ。
Bの方が明るく、Aはその次に明るい。
実際に使われるワット数を計算する。
まず、60W電球と20W電球の抵抗を計算。
W/V=Iより、60/100=0.2、20/100=0.6。60Wは0.2A、20Wは0.6A。
V/I=Rより、100/0.2=500、100/0.6=500/3。60Wは500Ω、20Wは167Ω（500/3）
この回路の電流を計算。
V/R=Iより、100/(500+500/3)=0.15。
最後に、実際に使うそれぞれのWを計算。
W=IVのVにV=IRを代入して、0.15^2*500/3=3.7、0.15^2*500=11.25。60Wは3.75W、20Wは11.25W。
よって20W電球Bの方が明るい...
