熱・分子運動編
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温度比べ |
部屋に中に置いてあるものは、室温と熱平衡になっていることを示す。
各々、温度を測ってみると、水だけは温度が低いことが分かる。熱平衡になるのに時間がかかるで、温度計を差し込んで、しばらく置く。 |
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燃えない紙 |
水に熱容量(比熱)が大きいことを示す (1)紙で箱を作り、水を入れて火にかける。紙を燃やさずに水を沸かすことができる。 ガスバーナー |
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3 | 炎を切る | 金属は熱を伝えやすい性質を持つことを示す (1)金網を炎の中に入れると、炎が途中で切れて、断面が見える。 (2)茶こしに紙をちぎって入れ、炎の上にかざしても紙は燃えない。 |
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4 | 熱放射 | 黒く見える物ほど、熱をよく吸収し、また放出するときはよく放出することを示す。 (1)図のように空き缶の半分にすすを黒く塗り、手を近づけると、すすで塗った方が暖かく感じる。 留意点等: (2)時間がかかる。場合によっては、ガラス細工用でふいご付きガスバーナーでやるとよい。VTRに撮って、(1)の後、見せるのも良い。 |
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5 | 液体窒素 | 超低温で起こる現象を観察する (1)机にこぼすと、玉になって転がる。 (2)バナナでくぎを打つ。葉が粉々になる。ゴムボールを落とすと、破裂する。 (3)気化すると、体積が急激に膨張する。 (4)コイルを液体窒素につける。抵抗が小さくなって、豆電球が明るくなる。 (5)液体酸素は、常磁性体である。 |
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6 | 液体窒素2 | 液体窒素を用いて、液体酸素を作ってみる (1)ボンベより風船に酸素(O2)をつめ、その風船を試験管にかぶせ、試験管を液体窒素に入れると、底に液体酸素ができる。 (2)試験管の中に線香を入れると、よく燃える。 (3)アルミ缶の中に液体窒素を入れると、缶の下からポタポタ液体酸素が落ちる。下の紙がよく燃える。 |
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7 | ラジオメーター | ラジオメーターを観察し、分子運動の存在を考える。 | |
8 | ランダム台車 | 力学的な運動が減衰するのは、無秩序な熱運動に転化するためであることを示す。 (1)何も乗せない台車は衝突すると跳ね返る。 (2)バネ付きおもりをのせた台車は、衝突すると止まってしまう。 |
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9 | ブラウン運動 | チンダル現象を利用して、煙粒子のブラウン運動を観察する (1)図のような箱を作る。箱の下に小さな穴2つをあけ、たばこの煙を吹き込んでからセロテープで止める。これを顕微鏡のステージに乗せ、真横からレーザー光を当てる。倍率60~150倍程度で観察すると、赤く光った煙粒子がランダムに運動しているのが見える。 留意点等:箱が大きいと、中で対流が起こってしまうので、大きさは図程度(透明箱部分1cmx1cm)が良い。 レーザー光が他の人の目に直接はいらないように注意する。使用器具:顕微鏡 生物に顕微鏡カメラがあれば借りると良い。モニターで一度見られる。ただし、あまり立体感が無く、きれいでない。 |
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10 | 牛乳のブラウン運動 | ブラウン運動を観察し、分子の存在を確認する
高倍率なので、慣れない生徒には、ピントを合わせるのは難しい。顕微鏡用のCCDがあれば、、TVに映写して見せたい。 使用器具:顕微鏡 プレパラート一式 |
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11 | お茶のブラウン運動 | 分子運動を観測する (1)きゅうすのお茶をビーカーに入れる。 (2)ビーカーの中のお茶に、横からレーザー光を当てて、白い壁に映す。 |
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12 | 平和鳥 | 平和鳥を使って、気化に関する熱現象を調べる (1)ドライヤーを使って、頭、お尻を暖める。頭をアルコールでぬらす。(気化熱、蒸気圧と温度) (2)風を送ると、動きが速くなる。水槽に閉じこめると、動きが止まる。(飽和水蒸気圧) 留意点等:平和鳥内の液体は、フロンを使用している。クーラーや冷蔵庫の話にも発展できる。 |
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13 | 融けた鉛 | 水の気化熱はきわめて大きいことを示す 予め、指を水またはアルコールで燃やしておき、溶けた鉛につっこむが、やけどはしない。 |
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14 | 水温を上げる | 仕事と熱が同等であることを示す (1)水筒に水を入れ、温度を計る。 (2)水筒をよく振る。 (3)水温を測る。 |
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15 | 圧気発火 | 断熱圧縮で内部エネルギーが増加することを理解する
(1)圧気発火器に少量の綿か、ティッシュペーパーを入れ、一気にピストンを押し込む。 留意点等:綿、ティッシュペーパーの量は、ほんの少しでよい。 |
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16 | 断熱膨張による霧の発生 | 断熱膨張によって、温度が下がることを、霧の発生によって確かめる 大きな音とともに、ボトルが飛び、内部は霧で満たされる。 水ロケットの流用。水を用いないので、推進力は小さく、教室内で演示できます。圧気発火器とセットで演示すると良い留意点等:ボトルを飛ばす場合は、生徒をボトルの後ろ側から観察させる。 使用器具:ノズルは「中村理科」の「水ロケット」を使用(1セット2700円) |
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17 | ドライアイスの液化 | 物質の状態変化が、温度だけでなく、圧力にも依存することを示す (1)ドライアイスを小片に砕き、圧気発火器のシリンダーに入れ、ピストンをゆっくりと押し、変化を見る。白い固体が透明な液体になる。圧力が大きくなるので注意。 (2)ピストンを急に引き抜くと、透明な液体が、粉末状の白い固体に戻る。 留意点等:ドライアイスは、大きな固まりであれば、新聞紙にくるんで、冷蔵庫に入れておくと、一昼夜は保つ。 状態図(圧力-温度)で簡単に説明すると良い。 低圧沸騰の実験を一緒に行うと良い。 使用器具:圧気発火器ドライアイスの小片 |
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18 | ヘロンの蒸気機関 | 内部エネルギーを仕事に変換する 製作材料:磁石 パチンコ玉 空き缶 ボールペン(廃物) |
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19 | アルコールエンジン | 内部エネルギーを仕事に変換する方法を学ぶ アルコールは少なくて良い。冬は気化するための時間を少しおいた方がよい。 使用器具:チャッカマン アルコール 製作材料:インクボトル プラスチックコップ |
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20 | 釘乗り | 圧力ー釘の本数が多くなると、分散することを学ぶ図のように、釘の上に笑顔で立つ。 |
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21 | 息で人を持ち上げる | 圧力×面積が力になることを理解する
図のように作ったビニル袋の上に板を乗せ、その上に人が乗る。板が十分に大きければ、人を持ち上げることができる。板が小さいと持ち上げられない。 |
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22 | ゆで卵の出し入れ | ゆで卵を割らずに、びんから出し入れする方法に関連して、圧力を考えてもらう。 |
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23 | 水圧の方向 | 圧力は、面に垂直に働くことを示す (1)ずのようにしてピストンを押し込むと、スチロール小片があらゆる面から圧縮されることが分かる。 (2)コップに水をくみ、水圧はどちら向きに動くか、発問してから、図のような実験を見せる。紙は、上向きの水圧に支えられて、下に落ちない。 留意点等:(2)の実験は、発問をしてから、見せないと、意外性がなく、効果が薄い。 使用器具:ビーカー シリンジ 発泡スチロール アクリルパイプ 板目紙 |
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24 | 水圧ジャッキ | パスカルの原理の量的な部分を実感する A,B両方のピストンを、両手で同時に押してみる。押し返される力が、まるで違うことが分かる。 使用器具:シリンジ、大・小各1 ビニル管少々 |
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25 | 圧力と弾性膜 | 弾性膜の曲率と、圧力差の関係を調べる (1)圧力差がないときは、曲率が0の平面、曲面になることを示す。 (2)小さい風船の方が、曲率が大きいので、圧力が大きいことを示す。 留意点等:(2)の小さい風船は、ほとんど膨らんでいない方がうまくいく。 製作材料:シャボン液 針金 ゴム風船 ガラス管 ゴム管 ピンチコック |
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26 | 水圧の大きさ | 水深と、水圧の大きさの関係を原理的に理解する (1)Bまで水を入れると、紙が下に落ちることから、ある深さの水圧は、その上の水の重さと釣り合っていることを示す。 (2)ペットボトルに穴を開けておき、水を入れる。水の噴き出し方から、深いところほど、水圧が大きいことを知る。 使用器具:ビーカー アクリルパイプ 板目紙 ペットボトル |
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27 | パラフィン浮上せず | 浮力が圧力の合成であることを理解する (1)パラフィンを水底に押しつけると、浮いてこない。 (2)シャーレに分銅を置き、水銀をそそぎ込むと、分銅は浮いてこない。あらかじめ、分銅が水銀に浮かぶことを見せておく。 留意点等:(1)の水槽は、アクリル容器などが良い。 製作材料:水槽 パラフィン(製作費用 約1000円) |
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28 | アクリルビーズの浮力 | 浮力は圧力の合成であることを示す ビーカーにアクリルビーズをいっぱいに入れ、発泡スチロール球をうめて、移動させてやると浮いてくる。鉄球を載せて、同様にすると、沈んでいく。 留意点等:振動を与えるのは、手でも良いし、マッサージ器を使っても良い。 使用器具:ビーカー マッサージ器 アクリルビーズ 発泡スチロール球 鉄球 |
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29 | 大気圧 | 大気圧の大きさを実感する 図のようにセットし、排気する。 留意点等:ラップは、質の悪いものの方が、あざやかに割れる。 使用器具:大気圧実験セット ラップ 輪ゴム ゴム風船 |
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30 | 大気圧の働き | 大気圧は非常に大きいことを実感する (1)ひっくり返しても、はがきは落ちてこない。 (2)木の板が折れる。 (3)排気すると、吸盤は落ちる。 留意点等:(2)は新聞紙をできるだけ密着させる。木の材質によっては折れないこともあるので、試しておく必要がある。木刀でたたくのは、できるだけ机に近いところ。 使用器具:排気盤 真空ポンプ グラス はがき |
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31 | 簡易マグデブルグ半球 | 大気圧の大きさを実感する |
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32 | トリチェリの実験 | 大気圧の大きさを測定する (1)図のようなガラス管に、水銀を入れる。スタンドで固定し、片方をロータリーポンプで排気して、液面の高さの差を測定し、大気圧を計算する。 (2)の実験をしたあと、1気圧に相当する水柱の高さを測定。 留意点等:ガラス管の中は完全に乾かしておく。水銀を入れると、途中でとぎれてしまう。軽く持ち上げて、とんとんたたくと、水銀は下に落ちる。 使用器具:ガラス管 水銀 ロータリーポンプ ものさし ストロー コップ ジュース |
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33 | 缶つぶし | ||
34 | 減圧沸騰 | 蒸気圧と大気圧が釣り合うことが、「沸騰」であることを理解する (1)大気圧実験器に温湯を入れ、排気する。 (2)図の通り。 留意点等:(2)の小びんは、ふたが金属製の物を用いる。ジャムのびんが、熱に強くて良い。 使用器具:大気圧実験セット ガラスびん |
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35 | 裏返し風船 | 沸騰しているときは、蒸気圧を大気圧が釣り合っていることを理解する (1)丸底フラスコで、少量の水を沸騰させ、火を止めてから、ゴム風船を口につける。空冷もしくは水冷する。 留意点等:風船をつけるところが、慣れないと難しい。練習が必要。 使用器具:丸底フラスコ ガスバーナー ゴム風船 |
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36 | ブーメランを飛ばそう | ブーメランを自作し、揚力で進路が曲がることを理解する 大きさ、折り曲げ方を変えたり、ガムテープを貼って重くし、飛び方を比較する。 使用器具:ハサミ ホチキス 板目紙 |
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37 | 流体の速さと圧力 | 流速によって圧力差が生じることを示す
( (1)風鈴の間を吹くと、風鈴同士がくっつく。 (2)ドライヤーの風で、一定の場所に風鈴を保持できる。 (3)紙テープが水平近くまで持ち上がる。 (4)霧吹きになる。 (5)スチロール球は落ちない。 (6)炎は内側に向かって傾く。 (7)紙の円盤は落ちない。 留意点等:飛行機や変化球の話も付け加える。 (2)の実験は、ブロアとビーチボールで行うと、迫力が増す。使用器具:ロート ビーカー ドライヤー 風船 紙テープ ストロー 発泡スチロール球(ピンポン玉) ろうそく 紙 画鋲 糸巻き |