小中高の系統的指導法開発実践講座 発展的つなぎ教材 中学校 第１学年 理科 授業プラン ∼ １ 分子運動 ∼ ねらい 状態変化は、物質を分子の集合として扱うと理解しやすくなる好例である。しかしな がら現行の中学校の教科書では、状態変化を分子運動的な視点から説明していないため に、せっかくの教材が分子の導入に使えない。ただ現象をまとめるだけの学習になって しまっている。そこで状態変化を分子運動と結びつけるためのつなぎ教材を考えた。 ２ 到達目標 「物質は分子という非常に小さな粒子の集合でできており、温度によってその集合状 態 が 変 わ る 現 象 が 状 態 変 化 で あ る 。」 こ と を 理 解 す る 。 ３ 具体的内容 ・物質は温度によって、固体、液体、気体という３つの状態を取り得る。 ・気体は限りなく膨張しようとする状態である。 ・異なる気体は混合する。 ・気体に接する面には気圧が働く。 ・液体の中に入れた溶質は、攪拌しなくても拡散する。 ４ 説明 プラン 「物質は温度を変えると、固体・液体・気体と姿を変えます。ここにあるのはメタ ノ ー ル で す が 、 − 100℃ よ り 下 げ る と 固 体 に な る し 、 65℃ よ り 上 げ る と 気 体 に な り ま す 。」 実験 メタノール風船 空 気 を 追 い 出 し た ビ ニ ル 袋 に 数 ccの メ タ ノ ー ル を 入 れ て 密 封 し 、 熱湯をかけると膨らむ。放っておくと液体に戻ってしぼんでくる。また熱湯をかけ ると気体になって膨らむ。 課題 「このように、物質が液体から気体に変化すると、体積がとても大きくなります。 こ れ は 何 回 で も 繰 り 返 す こ と が で き ま す 。こ の よ う な 体 積 変 化 が 起 こ る の は な ぜ か 、 ミ ク ロ の 世 界 で 何 が 起 こ っ て い る の か 、 予 想 図 を 書 き な さ い 。」 予想される意見 ・連続体のまま全体にモヤッと広がったような図 ・粒子の集合で、すき間が空いてしまう図 予想される討論 ・綿を膨らませたりすると、中にすき間が増えると思う。 ・すき間が出来たら粒は浮いていることになるが、それはおかしいと思う。 ・呼吸をしていて、すき間の所を吸ってしまったらどうなるのか。 実験 水 を 入 れ た シ リ ン ジ と 、（ 何 も 入 れ な い ） 空 気 を 入 れ た シ リ ン ジ を 、 先 を 閉 じ て ピ ストンを押してみる。空気の方は圧縮できる。 分かったこと 気体は圧縮して縮めることができるので、すき間が広がっている。液体は粒が集 まっていて、気体は粒がバラバラになっている。 説明 「 物 質 は み な 、 粒 の 集 合 で 出 来 て い て 、 こ の 粒 を 分 子 と 呼 び ま す 。」 課題 「 １ つ の 集 気 瓶 に 二 酸 化 炭 素 を た っ ぷ り 入 れ ま す 。 も う 1つ の 集 気 瓶 に 酸 素 を た っ ぷり入れます。二酸化炭素の集気瓶の上に酸素の集気瓶を逆さにして載せ、間のガ ラス板をはずしてしばらく置いたら、二酸化炭素の分子と酸素の分子は混ざるでし ょ う か 、 混 ざ ら な い で し ょ う か 。」 予想される意見 ・二酸化炭素の方が重いので、混ざらないと思う。 ・気体の分子は自由に動き回れるので混ざると思う。 実験 どちらの集気瓶も、火をつけた線香を入れると勢いよく燃え出す。 分かったこと 気 体 の 分 子 は 自 由 に 動 け る の で 、 2つ の 気 体 が 接 し て い る と 、 し ば ら く す る と 混 ざってしまう。 説明 「 気 体 の 分 子 は 自 由 に 動 き 回 っ て い ま す 。 こ の 運 動 を 分 子 運 動 と 言 い ま す 。」 質問 「私たちの周りにある空気の分子も分子運動をしているはずです。すると空気に接 している物体の表面に衝突しているはずですね。ある面の片側には空気があって、 逆 側 に は 空 気 が な い 状 態 を 作 る と ど う な る で し ょ う か 。」 予想される意見 ・空気がある側から押される。 ・押されてへこむ。 実験 ゴムピタくん、マグデブルグの半球など 説明 「気体が分子運動によって物体の表面を押すとき、その単位面積あたりの力を気圧 と 言 い ま す 。地 球 の 大 気 の 場 合 を 大 気 圧 と 言 い 、そ の 大 き さ は 1cm 2あ た り 1kg重 で す 。」 課題 「次に液体の分子は分子運動をしていないか、考えてみましょう。水の中に硫酸銅 の結晶をしずかに入れます。しばらく置いておいて、自然に混ざることはあるでし ょ う か 。」 予想される意見 ・液体の分子はすき間がないのだから分子運動をしていない。従って混ざらない。 ・液体の分子も少しは分子運動をしている。時間はかかるが混ざるだろう。 実験 しばらく置いておいたものを見せる。ブラウン運動もできれば見せる。ブラウン運 動は、水とお湯を用意し、温度による運動の違いを見せる。 分かったこと 液体も分子運動をしているので、水の中に硫酸銅を入れて、かき混ぜなくても少 しずつ混ざっていく。分子運動は温度が高いほど激しい。 説明 「もっともっと温度を上げていくと、やがて分子運動がある程度以上に大きくなる と 水 の 中 か ら 飛 び 出 し て い っ て 気 体 に な る ん だ ね 。」
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