このページは、Mr.Taka　中学校理科の授業記録＞　１年（2012年度）です

第71時
実験23　浮沈子をつくろう（パスカルの原理）

　　　　　2013　1　22（火）、23（水）
　　　　　理科室

はじめに
　多くの小学校で現象だけを学んでいる『浮沈子』の理論を学び、時間に余裕があるクラスは制作します。

　浮沈子は、重力と浮力のバランスによって浮き沈みします。浮力が大きければ浮き、重力が大きければ沈みます。当たり前です！　重力は一定ですが、浮力はペットボトルを押さえると小さくなります。押さえると浮力が小さくなることの説明は、『パスカルの原理』を使います。

　パスカルの原理を簡単にいうと、『水や空気などの流体を容器に入れ、密閉して押さえると、容器全体に同じ圧力がかかる』です。ペットボトルのどこを押さえても同じ水圧になるので、浮沈子の体積が小さくなります。浮沈子に空気が入っているなら、空気の体積が小さくなります。体積が小さくなる → 浮力が小さくなる、という『アルキメデスの原理』により浮沈子は沈みます。以上が浮沈子の理論です。重力と浮力のつりあい、パスカルの原理、アルキメデスの原理、以上３点を順に押さえることがポイントです。

上：ペットボトルを押さえて、浮沈子を浮き沈みさせる生徒

本時の目標 １　浮沈子が浮き沈みする理論を理解する ２　パスカルの原理を理解する ３　浮沈子をつくり、楽しく遊ぶ

準　備

生　徒	教　師
教科書 理科便覧 栓付きペットボトル （1.5lの大きいものが良い） （口が大きいものが良い） 醤油入れなど小さな容器 （浮沈子の本体） クリップやくぎなどの錘 （浮沈子のおもり）	本日の学習プリント　（１／人） エナメル線 （浮沈子となる小さな容器に錘をつけるため） ネジやナットなどの錘 （理科準備室を探せば、エナメル線で固定 できるものがいくつかあるはず。業務師さん や校務主任に相談しても良い）

授業の流れ
（-1）　前時に行う浮沈子の材料説明　（３分）
　浮沈子の材料は、すべて持参させます。その材料は、上表にある『栓付きペットボトル』『醤油入れなど』『クリップやくぎなどの錘』の３つです。生徒から質問が出るのは、浮沈子の本体となる『小さな容器』なので、次のように説明すると良いでしょう。

浮沈子をつくりやすい容器 　「浮沈子は浮いたり沈んだりしますが、浮沈子を動かすためには、その中に空気を入れておく必要があります。よくある浮沈子は、弁当に使う小さな醤油入れです。100均ショップにいけば、いろいろな種類を売っていますが、無色透明なものは、容器の中の空気の量がわかるので最高です。ペットボトルを押すと空気が小さくなり、離すと空気が大きくなって、浮沈子の原理がよくわかるからです。できれば、空気がたくさん入るもの、醤油がたくさん入るものの方が良いでしょう。ただし、空気がたくさん入るものは、それだけおもりをつける必要があります。おもりは学校でも用意しておきますが、くぎやナットが家にある人は持ってきてください。小さな浮沈子なら、紙をはさむクリップで十分です。クリップ、くぎ、ナットの数を変えて、浮き沈みしやすいバランスを調節します。」※ナットはほとんどの生徒が知らないので、黒板で図解すること。醤油入れのキャップのネジの部分に、ちょうどはまるナットがあると良いけれど、そんなに都合良くいかない。下の写真のように、学校でエナメル線を配付して、それを巻き付けるようにすれば、簡単におもりをつけることができる。ただし、具体的な方法は当日説明する。 上：醤油入れの口の部分にエナメル線が巻き付け、その下にクリップをつけてバランスを調節したもの。ペットボトルは1.5lを使用している。 　「（生徒の筆箱から適当なペンを借りて、そのキャップを外し、キャップを手に持って見せながら）このキャップも浮沈子になります。ただし、このまま入れると、すぐに逆さまになるので、逆さまにならないように、下におもりをつけます。おもりの付け方は難しいと思いますが、おもりを取り付けることができれば、完璧に完成です。」 　「また、ペットボトルは栓がなければ意味がありません。押した時に水が吹き出てしまいますからね。それから、大きなペットボトルの方が動きが大きくて楽しいです。」

（１）　本日の授業内容の紹介　（１分）

（２）　浮沈子の理論を図示する　　　（10分）
　あらかじめ、学習プリントに２つの容器と浮沈子を印刷しておきます。１つは容器を押す前、もう１つは容器を押した後です。図解させるポイントは、浮沈子にはたらく２つの力、浮力と重力の矢印を色分けすることです。それぞれの長さを正しく表現できる生徒は、浮沈子が浮き沈みする理論を理解したといえます。

上：Ａ組の最終的な板書（クリックすると拡大）

浮沈子が浮き沈みする理由を図解する手順とポイント １　左のペットボトルの下に『・・・ので、浮く』書く ２　右のペットボトルの下に『・・・ので、沈む』書く ３　浮沈子を沈ませるための実験操作を考えさせる →　正解は『ペットボトルを密閉して押す』 　ただし、クラスによって発表される内容が違うので、生徒の理解が進むように対応する。最終的に、パスカルの原理を紹介すれば良いので、ここでがんばり過ぎると失敗する。上図Ａ組では、『ペットボトルを押して空気の体積を小さくする』とした。空気（浮沈子）の体積＝浮力なので、浮力の色を緑色にして、後から書く矢印の色と統一するように指導する。授業冒頭で、「浮力と重力の色を決めなさい」と指示しておいても良い。 ４　左右のペットボトル間の矢印の上に実験操作を書く ５　左右の浮沈子が浮き沈みする理由『・・・ので、』に適切な語句を考えさえる →　左の正解は『浮力が大きいので、浮く』 →　右の正解は『重力が大きいので、沈む』 ６　別な場所に、＜まとめ＞としての発問をする 　（１）・・・は変わらない 　（２）・・・は空気の体積によって変わる →　（１）の正解は『重力は、変わらない』 →　（２）の正解は『浮力は、空気の体積によって変わる』 　（２）はアルキメデスの原理であるが、ここでの再確認は簡単にすること。本日の主役は、次にまとめるパスカルの原理である。主役をはっきりさせないと、生徒は混乱する。アルキメデスの原理とパスカルの原理の２つがあること、それらは違うことを明確にする。 ７　パスカルの原理をまとめる 　→　Ａ組のまとめは『密閉した容器に力を加えると、全て同じ圧力がかかる』 上：Ｂ組の板書 上：Ｃ組の板書

上：Ｄさんの学習プリント

（３）　浮沈子をつくる
　持参した醤油入れで浮沈子を作らせます。浮沈子はいろいろなもので作ることができますが、このページの（-1）のように説明しておけば、各自考えて持参します。浮沈子づくりは、その材料を準備する時点で半分以上完了しています。

→

上：完成した浮沈子

→

上：同上

上：浮沈子を観察する生徒

授業を終えて
　浮沈子の理論は、順序良く指導すれば全員理解できます。また、浮沈子をつくる時は、エナメル線を使ってください。簡単におもりをとりつけることができます。

実践ビジュアル教科書『中学理科の物理学』

第２章　静かな 　　力のつりあい	パスカルの実験	p.35
	パスカルの原理	p.42
	浮沈子の実験	p.43