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【中学生向け】夏休みの課題が終わらない!そんな時に挑戦したい”氷を使った自由研究”をご紹介

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氷をつかった実験は自宅にあるものだけででき、しかもテーマさえしっかりとしていれば短時間で終わるので非常に人気があります。ぜひ参考にしてみてください。

氷を使った自由研究のテーマをご紹介

ここでは、5つのテーマを紹介します。どれも簡単にできる実験なので、挑戦してみてはいかがでしょうか。

氷の凍り方についての研究

水がどのようにして凍っていくかを観察するという実験です。また、水が凍る様子とあわせて水にいろんなものを混ぜた液体がどのように凍るかも観察してみましょう。

用意するもの:

砂糖

透明なコップ(複数)

氷いれるための大きな容器

温度計

手順:

その1 水はどうやって凍るか:

①氷をできるかぎり細かく砕くか、かき氷機で粉々にしたものを大きな容器に入れ、そこに氷の約1/3の量の塩をふりかける

②透明な容器に水を入れて、氷の入った容器にいれて冷やす

③水を混ぜながら、ときどき温度計を差し込んで温度を測る

④どのように凍っていくのかを観察する

その2 水に砂糖を入れると凍り方は変わるか:

① その1と同じ

② 3つの透明な容器に水、砂糖1:3水、砂糖1:1水をそれぞれ入れて、氷の入った容器にいれて冷やす

③3つの容器をそれぞれ混ぜながら、ときどき温度計を差し込んで温度を測る ④凍りはじめる温度にどれくらいの違いがあるかを記録

その3 水の状態で何度まで冷やせるか:

①~②はその1と同じ

③温度計を差し込みっぱなしにして、できるかぎり振動などの刺激を与えないように気をつけながら水の状態で何度まで温度がさがるかを記録

④0度以下になっても水のままだった場合、容器のなかに小さな氷の欠片をいれて様子を観察する

水から氷にかわるという、一見なんでもないような現象でも、改めてその様子を観察するだけでもいろんな発見があります。また、砂糖水などの凍り方と比べることで水の分子がどのように固まっていくのか、また自然界では海水がどのようにして凍りになっていくのかというところまで理解できます。

さらに「0度で水は凍る」という定説が本当なのかを検証する実験もかなり有意義でしょう。この実験は近年Youtubeなどでもひそかに話題になっており、その現象は見ているだけでも楽しいので、余裕のある人はぜひ試してみてください。

氷の溶け方・溶ける速さについての研究

水を凍らせる実験もあれば、逆に氷を溶かす実験も存在します。氷にいろんなものを混ぜたら長持ちするのかや、氷をクーラーや扇風機の前に置けば溶けるのを遅らせられるのかなど、さまざまな角度からの実験が考えられます。

用意するもの:

氷容器

砂糖

扇風機

手順:

その1 氷を長持ちさせるには:

①水、砂糖水、塩水で作った氷を用意する

② 3つの氷を常温で放置し溶ける様子を観察する

③どの氷が1番早く溶けたか、またどの氷が1番時がかかったかを記録する

その2 氷をいろんな方法で冷やせば長持ちするのか:

① 氷を2つ用意する

② 1つを扇風機の前に置き、もう一つはテーブルの上に置く

③どちらの方が早く溶けるを記録する

凍りが溶けていく様子をまじまじと観察することは日常生活においてあまりないでしょう。これもまた砂糖水や塩水と比べてみることで自然界に置き換えることもでき、地球温暖化の影響で北極や南極の凍りが溶けている様子を思い浮かべながらやってみると現在地球がかかえる問題を身近に感じられるでしょう。

さらに、どうすれば氷の溶ける速度をおさえられるのかという実験も、温度の伝わり方を説明するのにぴったりなテーマなので、ぜひ試してほしいところです。これを理解しておくと、普段自分たちが使っている扇風機やエアコンの効果を知ることができるので、その知識を応用してまったく別の涼み方を思いつくかもしれません。

透明な氷の作り方

おうちにある氷を見てみると、実は中に白いものがたくさんあることがわかります。実はこれは凍るときに水の中に混ざってしまった不純物や気泡です。そこで不純物がまったく含まれていない透明な氷を作る方法をお教えします。

用意するもの:

氷皿

手順:

①水を鍋に入れて沸騰させる

②水を火からおろし一旦冷ます

③冷凍庫の設定温度をいつもより高くしておく

④水が冷めたら氷皿に入れて、設定温度を高くしておいた冷凍庫に入れる

⑤時々様子を見て優しくかき混ぜる

実はこの透明な氷は、不純物や空気が含まれていないため水の分子の結合が強く、ふつうの氷より溶けにくくなります。これは砂糖水や塩水を凍らせたものと同じ原理で説明がつくので、あわせてやるとより理解が深まるかもしれません。

氷を電子レンジに入れるとどうなるのか

食べ物を温めるときに電子レンジを使いますが、それでは電子レンジで氷を温めたら一体どうなるのかを調べましょう。

用意するもの:

ペットボトル

電子レンジ

手順:

①ペットボトルの中に水を入れ、冷凍庫で凍らせる

②凍ったペットボトルの蓋を分け、電子レンジで1分半ほど温める

用意するもの:

耐熱性の容器

温度計

手順:

①水と氷を別々の耐熱性容器に入れ、水の温度を測る

② 2つの容器を電子レンジで1分温めてみる

③電子レンジから2つの容器を出し、水の温度と氷の変化を記録する

「電子レンジ=食べ物を温める機械」と思っている方はぜひこの実験を試してみてください。また、なぜそのような結果になるのかまで調べると、普段われわれが何気なく使っている電子レンジの仕組みがわかってくるので、今後使うときに何かのヒントになるかもしれません。さらに、そこから電子レンジで使われているマイクロ波の性質にまで触れられれば自由研究としては100点満点でしょう。

氷に色を付けると溶け方はどうなる?

これまでは氷の性質に関わる実験をご紹介いたしましたが、次は氷ではなく色による温度の変化についての実験です。

用意するもの:

いろんな色のインク(食用着色料でも良)

製氷皿

手順:

①各色のインクを混ぜた水を製氷皿に入れて凍らせる(1つは必ずただの水にする)

②出来上がった氷をテーブルに出しどれが1番早く溶けるかを記録する

この実験により、どの色が熱を吸収しやすいかがわかります。色と熱の関係性は日常生活にも関連付けやすく、例えば夏場にどの色の服を着るべきなのかの参考にもなります。また色を温度と関連付けてみれるようになると、普段何気なくみていた街並みも違って見えるようになります。

自由研究の考察の書き方はどうすればいいの?

自由研究の最後には、その実験を行った上でのあなたの考察を書く必要があります。この考察には実験の結果を踏まえたあなたの意見や感想、また反省点や今後同じ実験をするとしたらどのようにするかを記します。

よく「実験がうまくいきました」などと言う感想を述べる人もいますが、これでは考察になっておらず、実験の意義がわからないままになってしまいます。

大切なのは実験を通じて学んだ知識であなたがどのように変わったかを書くことです。その実験結果がわかったことであなたの生活はどのように変わるかや、世の中に対する見方がどう変わったかなどにも言及するとより良いでしょう。できればその結果を踏まえて世の中にある様々な問題をどのように解決すべきか、あなたなりの考えを示すことができれば言うことなしです。

例えば氷がどのように溶けるかという実験を行った場合、その結果を踏まえて南極や北極の氷がどのように溶けているのかや、もう少し踏み込んでそれがなぜ温暖化による海面の上昇につながっているのかと言う世界的な問題までつなげられると、その実験がどれだけ大きな意味を持っているのかがよりわかりやすくなるでしょう。

また反省点を振り返る際は失敗したことを包み隠さず発表しましょう。実験で失敗をすると思ったような点数をもらえないのではないだろうかと心配する人がいますが、これは大きな間違いです。

実験には失敗がつきもの。大切なのはなぜ失敗したのかという理由を自分なりに分析することと、それを踏まえて次はどのように改善するかを考えることです。

そのためにはまず自分の実験を客観的に評価する必要があります。予想していたような結果が出なかった場合、なぜ予想が外れたのかを分析しましょう。

理解が深まる考察の書き方 5つのポイント

ここでは、ちょっと難しいと思われがちな考察の書き方とコツをご紹介します。

ポイント1:結果に対する率直な意見

改めて最初の仮説を見返し、自分が予想していたような結果になったのか、予想通りだったとしても実験中になにか意外なことはなかったのかなどをまずは書きましょう。

例えば「氷は常温でおいておけば水となるということはわかっていましたが、意外と長持ちしたことに驚きました」などの意見でも構いません。

ポイント2:なぜそのような結果になったのかを説明する

実験とは、自然界の原理をわかりやすく解説し、理解するために行います。つまり、実験をして「氷が水になりました!」という結果だけを報告するのではなく、なぜ氷は水になるのかをできるかぎり説明しましょう。

ここが実験の一番のキモと言っても過言ではありません。実験の結果を踏まえ、その原理を資料やWEBで調べて、「このような結果になったのは、こうした原理があるからです」というふうに説明しましょう。

また、もし余裕があるのであれば、まったく同じ原理を利用した実験の資料をまとめのなかに入れるとより説得力が増します。例えば物質の融解(氷が溶けて水になる原理)について詳しく解説したいのであれば、火山口にあるマグマが実は石が溶けてできたものであるということを説明するといいでしょう。

ポイント3:実験が失敗した場合、その原因をしっかりと説明する

もう一度言いますが、実験に失敗はつきものです。特に自由研究のように自宅で一人で行うような実験は、さまざまな要因で思ったような結果にならないことがあるので当然です。

ただ失敗したら、どこをどのように改善すれば思っていたような結果になったかを自分なりに分析する必要があります。例えば凍った塩水が溶けるのにかかった時間が1回目と2回目でかなり違った場合、もしかしたら入れる塩の量に差があったのかもしれませんし、時間帯の差で室温が大きく変わったのかもしれません。あくまで予想でもいいのですが、先生が読んでも納得のいくような理由を自分なりに分析して考えましょう。

ポイント4:実験を通じて自分の考え方がどう変わったか

本やWEBで読んだことのある実験でも、自分で実際にやってみるとさまざまな気づきがあります。それは大きなことでも、些細なことでも構いません。例えば氷が溶けていくのをみて「こうして北極の氷は溶けていくのか〜」と感じる人もいれば、「普段飲んでいる氷の入ったジュースは、10分経つだけでこんなに薄まっているのか〜」と感じる人もいるでしょうが、どちらもすばらしい見解です。

自由研究は、新しく得た知識を自分の成長につなげるための練習でもあります。どんな形でもいいので、その実験から得た知識があなたをどう変えたのかについて考えましょう。実験結果だけでなく「これにはどんな意味があるんだろう?」と自分に問いかけてみてください。

ポイント5:次はどんな実験をしたいか、何を知りたいか

最後に、この実験で得た知識や気づきから、今度はどのような疑問がでてきたのか、次はどのような知識がほしいと思ったのかを書きましょう。「どんなことを知りたいか」はあなたの立派な個性となります。また何を知りたいかを書いていると先生たちもあなたがどのようなことに興味があるかがわかるので、知っていることを積極的にあなたに教えてくれるかもしれません。

部活などで忙しい人も多いと思いますが、自由研究は「自分が夢中になれることを好きなだけやっていいよ」という学校からあなたへのプレゼントでもあります。最初はまったくやる気がなくても、実験をしているうちにだんだん楽しくなってくるということもよくありますから、まずはここでまとめた実験をヒントにして、楽しい自由研究にしてくださいね!そして、そして、結果をまとめる時には便利な「自由研究まとめシート」を活用して発表準備に備えましょう!

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