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探Q教室での学習【小学生】

今日の探Q教室では、物理と化学をテーマとした、「音」と「酸素」という題材に絞り、2つの実験を行いました。

音が発生する仕組みや音が空気中を伝わる仕組みを学習し、ギターを使って弦の振動を観察し、音の高低を体感しました。

また正弦波発生器をオーディオに接続し、いろいろな周波数の音を聞き、耳で聞き取れる周波数の範囲が約20Hz~20,000Hzであることなどを確認しました。

また、アナログ的に音を発生させる装置である「レコードプレーヤ」の歴史や仕組みを学習しました。

歴史的には、1877年にエジソンが蓄音機(フォノグラフ)を発明したことが端を発し、本格的に(電気的に)実用化したのは1920年代以降ですが、すでにおよそ100年の歴史がある装置です。

また、その仕組みについては、コイルの中の磁界を変化させると電流が発生するという、「電磁誘導」という基本的な物理現象を利用したものです。

これらの学習後、実際に38年前に発売された古い「レコード」を教室でならすことにしました。

まず見た目ですが、直径が30cmもある巨大な「円盤」にみんな驚いていました。

そして、表面を見ると曲と曲の間にすきまがあり、曲間が目で見て分かるつくりになっていることなど、アナログは「わかりやすいつくり」になっていることを確認しました。また、ターンテーブル上を回転するレコードの溝の振動を針が拾って音に変換している様子を想像したりしながら、じっと針の動きを観察していました。

アナログって何と感覚的なものなのでしょう!

ちなみに、世界初のCDが発売されたのが1982年で、それ以降はレコードの生産量は減少していきましたが、最近は急激に売上が伸びてきています。近年のデジタルの圧縮音源とは違い、アナログ音源のもつ温かい音色は私にとって本当に落ち着けるものですが、恐らく、同じ様な感想をもつ同世代の人たちからの人気を博しているのでしょう。

さて、酸素をテーマにした化学実験では、これからもたびたび利用する「水上置換法」の基本を学習して頂きました。

教科書で見る装置の絵とは異なり、実際は、組み立てるだけでもさまざまな苦労がありました。

ようやく完成した実験装置で、二酸化マンガンを触媒として過酸化水素水が分解し、酸素ガスを勢いよく発生させるようすに感動していました。

探Q教室2019may1
音についての学習

探Q教室2019may2
レコードの仕組みを題材に、コイルのはたらきを実感しました





徳進館 進学ゼミナール【宇部市|塾】

〒755-0039 山口県宇部市東梶返4-9-43斎藤ビル101

連絡先(塾長) 0120-967-804 a_ts@tokushinkan.jp

公式ウェブ  http://tokushinkan.jp/

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アドバンス理数の授業内でのふりこの実験【小学5年生】

小学5年生のアドバンス理数の授業の話です。

ふりこの等時性についての学習が進み、まとめの単元に入りましたので、実際に実験を行って「等時性」や「ひもの長さと周期との関係」について考察する時間をもつことにしました。

ふりこの等時性については、かの有名なガリレオ・ガリレイが1583年に発見したとされています。日本でいえば、室町時代が終わった10年後で、安土桃山初期の時代でした。

逸話ですが、この年、ピサの大聖堂に入ったガリレオは、建物の中で揺れているランプが風でゆれていることに気づきました。ゆれるランプを眺めていたガリレオは、大きくゆれるのと小さくゆれるのでは、ランプが往復する時間が変わらないことを、自分の脈を数えながら確かめたのです。

さて、教室の天井から2メートル近くの長さの大きな振り子をつくり、振れ幅を3種類変えながら往復する時間(周期)をストップウォッチを使って測定しました。測定には、テキストで学習したように数回の往復する時間を測定して平均を取るという方法を使いました。

多少の誤差はありますが、確かに0.1秒程度の範囲で振れ幅によらないことを確認することができました。

また、ふりこの長さについては、周期の比の2乗と長さの比が比例することが知られていますので、その点についても確認しました。

2つのふりこA、Bの周期を測定しておき、その周期の比の2乗の値を使って、Aの長さからBの長さを予測してみますと、実際のBの長さとほぼ一致することも確認でき、子どもたちもよく一致したことに驚きの声を上げていました。

「往復する時間の比の2乗が長さの比になる」ことは中学受験の入試でもよく使われるのですが、体で理解して頂けたと思います。

ふりこの実験2019a
作成したふりこ(重い鉛を使っています)

ふりこの実験2019b
Bのふりこの長さを、AとBの周期の比から予測しました





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水素の性質を実感する実験【小学探Q教室】

小学生を対象とした理科の実験教室(探Q教室)では、夏休み前頃から化学のテーマに入り、気体の発生などの基礎的な実験を繰り返して、装置の扱い方や気体の捕集法と体積の測定、グラフ化などを学んでいます。

前回までは過酸化水素水と二酸化マンガンによる酸素の発生を行い、おおむね過酸化水素水の体積と酸素の発生量が比例することを確認しました。

今回は、水素についてです。

まずはスプレー水素を用いて、小さな容器内で爆発させる実験を行い、

2H2+O2→2H2O

の化学反応式に従って、水蒸気が生成することや熱が発生することを実感して頂きました。点火直後に出る大きな燃焼音と白い光に驚き、みなが一瞬固まりました。

また、希塩酸とマグネシウムを使って水素を発生させ、水上置換法にて捕集してみました。結果、およそ0.18gのマグネシウムから180mLの水素が生成しました。

このような、中学入試や中学校での学習にも通じる実験を当面続けていき、探Q教室生たちの化学に対する経験値を上げていきたいと考えています。

探Q教室2018水素a
二叉試験管内での水素の発生
探Q教室2018水素b
水上置換法で水素を捕集します






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液体窒素による低温探究【小学探Q教室】

小学生を対象とした理科の実験教室【探Q教室】では、毎年、液体窒素を使った低温の実験を目玉の1つにしています。

事前に資料集などから液体窒素の性質や製法などを学習し、また、今日の実験での注意点や何を確認するのかなどの話し合いをしました。

また、-196℃という低温を保存するためのデュワー瓶の仕組みを説明しました。2重構造になった大きな真空魔法瓶のようなものですが、ガラスがむき出しのため構造をよく見ることができます。

生徒たちは、この、ガラス細工をする職人さんが上手につくったガラス器具を不思議そうに眺めていました。

今日は、バナナのほか花、マシュマロ、スーパーボール、電池、お菓子など、各自が凍らせてみたいものを持ち寄ってくれました。

液体窒素2018a
花が一瞬でドライフラワーに

また、今回面白かったのは風船を使った実験です。

風船に水を入れて口をしばり、液体窒素に入れるとみるみる凍っていきます。十分凍らせた後、ゴムを破くと、きれいな丸い形をした氷のかたまりが出てきたのを見て、子どもたちが大歓声をあげました。

液体窒素2018c
きれいな卵型の氷ができました

バナナでのくぎ打ちや冷凍マシュマロ(意外とおいしい!)などを楽しみながら時間が過ぎていきました。





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溶融金属の性質【小学探Q教室】

今年度の探Q教室は、午前の部で「プログラミング」を学習した後、午後から「実験の部」という構成で進めています。

実験の部では、その日のテーマとなる物質の性質を資料で調査したものを書き写してまとめたり、予定した実験に対してどうしてそうなるのかといったことを予想したり考察したりした上で、実際の実験に移ります。

本日のテーマは表面張力についてです。

水は『水玉』といわれるようにハスの葉などの特定の表面上で丸くなりますが、アルコールはそうなりません。これは表面張力の違いによるものです。

このような違いについて学習した後に、「非日常的」な『金属』の表面張力について考察します。「溶融金属の性質」といえるテーマですが、金属の表面張力がいかに大きいものかを実験で検証します。

比較的低い温度で溶ける金属として「ハンダ」(スズと鉛の合金)があります。しかも安価に手に入りますから、参加者それぞれにふんだんに使ってもらって自由に溶かし、溶けた様子を観察したり、冷却板に流したときの様子や固まった様子を観察してもらいました。

探Q教室生一人ひとりが、金属が持つ強い表面張力によって溶融金属が球状になることを確かめながら、その不思議な物性に強い興味を示し、意欲的に実験に取り組んでいました。

探Q教室2017溶融金属a
熱でみるみる溶ける合金

探Q教室2017溶融金属b
冷却板上で固まります。表面張力によってしっかりと丸みを帯びています。





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