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液体窒素の実験|探Q教室【小学生】

探Q教室で液体窒素の実験を行いました。低温の世界がどのようなものであるのか、みなさん興味津々の様子でした。

午前中は、前回の続きに予定していた「炎色反応」の説明と、「窒素」の性質や低温を長時間保存する「デュワー瓶」の仕組みについて詳しく解説を行いました。

実験の部では、まず炎色反応です。ここでは、金属マグネシウムの燃焼を熱エネルギーに使用しました。

マグネシウムを加熱すると、まばゆいばかりの白い光を放ちながら激しく燃焼することが確認できました。また、予めマグネシウムにリチウム塩を混ぜて燃焼させると、赤色に発色した炎を上げることを確認しました。

いくつかの元素が赤をはじめ、黄色、紫、緑などの色を示すことが知られており、この色が花火の原理として利用されていることを学習しました。

探Q教室2020炎色反応a
炎色反応の実験

また、液体窒素の部では、子どもたちに思い思いのものを持ってきて頂きました。マシュマロや、スーパーボール、ゴム風船、ゆで卵、ぬれたタオルなどです。塾でもバナナやカーネーション、アイスキャンディー作りの材料などを用意しました。

細長く膨らましたゴム風船を液体窒素につけると、みるみる中の空気が液化して体積が小さくなり、しぼんでいくことに驚きの声が上がりました。

探Q教室2020液体窒素c
みるみるしぼんでいくゴム風船

また、カーネーションやバラは見た目をほとんど変えずに一瞬で凍りました。そして、手で花びらを握るとバラバラになってくだけ落ちました。このときの感触をじっくりと感じて頂きました。

探Q教室2020液体窒素a
一瞬で凍ったカーネーション

アイスキャンディー作りもしました。小さな紙コップにジュースを入れて、液体窒素につけると、みるみるうちに凍っていき、おいしいキャンディーの完成です。少し溶かしてからカップから取り出し、味わいました。

探Q教室2020液体窒素b
アイスキャンディー作り

参加者全員が、驚きの連続となった低温の世界をしっかりと楽しめたようです。






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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ジャンル : 学校・教育

探Q教室での学習【小学生】

探Q教室で、化学分野のテーマである「状態変化」に関する実験を行いました。

水を丸底フラスコに入れ、加熱すると水蒸気になるという、教科書でも習う内容を体験するのですが、ただ書籍を読むのとは異なり、リアルに体験して頂きます。

教科書では結果の図しか出てきませんが、実際は、装置を組み立てるところから始まりますし、その装置でも、ゴム栓に穴を開けたり、L字型に曲げたガラス管が必要になったりします。

L字型作りのためには、ガラス細工が必要です。

まっすぐに伸びた長いガラス管を手頃な長さに短く切ります。それを手でクルクルと回しながら中央部分を炎で均等に加熱し、難化したところで外に取り出してゆっくりと曲げる…。

この過程で、熱く加熱したガラスでけがをしないように注意力を向けることを学び、また、「思った以上に簡単に曲げられる」ということをみなさんに実感して頂きました。

あらかじめ見本としての「失敗例」を示しておきましたので、そうならないように慎重に曲げてうまくいった生徒たちがみな歓喜の声をあげていました。

探Q教室2019july1
ガラス細工でL字管作りに集中しています

水蒸気の発生実験では、フラスコを加熱するための装置をうまく組み立て、ガスバーナーで加熱します。底に沈んだ沸騰石から勢いよく泡が出始め、L字型のガラス管の先から水蒸気が吹き出し始めました。

その勢いを手で感じながら、「ここにプロペラをつけてモーターを回せば発電ができる」ということを話して、火力発電の仕組みの学習も行いました。

最後に、ゴム管の先を水の中につけたまま温度を下げると、フラスコの内部が真空に近い状態となり、一気に水が逆流してフラスコの内部が満水状態になることも確認しました。気化した水が液体の水に状態変化することによる現象ですが、みなさん驚きを隠せず、大はしゃぎとなりました。

このような「感動」が、サイエンスに対する興味関心を強く引き出し、学習への意欲につながっていくはずです。

探Q教室2019july2
水の状態変化の学習





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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





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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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塾長が東大大学院及びその後の研究活動で得た経験を生かし、単なる受験勉強にとどまることなく、学習を一生続けていけるような知的探究心を宿す教育の実践に取り組んでおります。

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