【自由研究・地学】雪の結晶を作ってみよう(中学生向け)

 毎年夏休みに小中学生の宿題に出される「自由研究」は、普段はなかなか時間をかけて取り組むことが難しい研究や実験に挑戦できるチャンス。化学、物理、地学、生物…さまざまな分野から、おすすめのテーマをご紹介する。

教育・受験 中学生
【地学】雪の結晶のできかたのしくみを知る~雪の結晶を作ってみよう~(中学生向け)
  • 【地学】雪の結晶のできかたのしくみを知る~雪の結晶を作ってみよう~(中学生向け)
  • 用意するもの
  • 実験1 手順1
  • 実験1 手順2
  • 実験1 手順3
  • 実験1 手順4
  • 実験1 手順5
  • 実験1 手順6
 毎年夏休みに小中学生の宿題に出される「自由研究」は、普段はなかなか時間をかけて取り組むことが難しい研究や実験に挑戦できるチャンス。化学、物理、地学、生物…さまざまな分野から、おすすめのテーマをご紹介する。

 ここでは、家庭ですぐに実験できる「雪の結晶を作る」方法をご紹介。自由研究テーマ選定の参考にしていただきたい。

自由研究:中学生向け 小学生向け

雪の結晶のできかたのしくみを知る~雪の結晶を作ってみよう~


第2分野【地学】実験・観察


制作時間:1時間 難易度:★★★



 雪は、どうやってできるのでしょう。この実験では、「平松式人工雪発生装置」を使って、ペットボトルの中に雪のもととなる結晶を作ってみましょう。

用意するもの


ゴムせん(6号サイズ) 500mLのペットボトル つり糸(約60cm) 発泡スチロールの箱(フタがついているもの) ドライアイス*
そのほかのもの 消しゴム、軍手、ホチキスの針、カッター
*発泡スチロールの箱にいっぱい入るぐらいの量を用意しましょう。


実験1 やってみよう 雪の結晶を発生させる



★手順 全6工程
 雪の結晶は、さまざまな気象条件がかさなってできます。

 この実験では、雪のできる条件を人工的に再現して、雪の結晶を作ります。


フタの中央にカッターで穴を開ける。


ペットボトルに入る大きさに切った消しゴムに、カッターで切りこみを入れて、つり糸を通す。切りこみの端の少し下で、つり糸をホチキスの針でとめる。


ペットボトルに水を入れてよく振り、そのあとに水を捨てる。次に10回ほど息を吹きこむ。


つり糸をつけた消しゴムをペットボトルの中に入れて底につけ、つり糸がピンと平行にはった状態にしてゴムせんをする。


ペットボトルを箱の中央に入れる。そのまわりに砕くだいたドライアイスをしきつめて、フタをする。
※軍手を使います。部屋を換気できるところで実験しましょう。



うまくいかないときには



ペットボトルをよく振る

●ペットボトルの内側全体が水にぬれるように、よく振りましょう。

●ペットボトルがよく冷えるように、ドライアイスは箱いっぱいに入れましょう。

●ペットボトル内の糸がたるまないように、左右の長さを調節しながら消しゴムを入れましょう。

なぜそうなるの? ~雪の結晶ができるしくみ~



水蒸気が氷点下で核となるものと結びつき、雪ができる

 雪は、上空で空気中の水蒸気が凍ってできる結晶です。結晶の核は約1000分の1mmの細かいちりで、これに水蒸気が凍りつくとやがて雪の結晶になるのです。

 温度や湿度などの条件によって、雪の結晶はさまざまな形になりますが、結晶ができるときに必要な条件は、(1)たくさんの水蒸気、(2)低い気温、(3)核になる細かい物質の3つです。

 実験1では、まずペットボトルの内側を水でぬらしてから、息を吹ふきこみました。これは、内側を水蒸気で満たすためです。さらに、ドライアイスを使って気温を氷点下にすることで、細いつり糸が結晶核の代わりをしています。

 ペットボトルを入れてから数分後には、糸に白く霜しものようなものがつき始めます。15~20分後には、針状の結晶が成長していくようすを見ることができます。





実験2 やってみよう 常温の部屋で雪のような結晶を作る



★手順 全4工程
 次はドライアイスを使わずに、常温の部屋で雪の結晶のようなものを作ってみましょう。この実験では、アクリル樹脂用の接着剤が気化熱(※)によって温度を下げるしくみを利用します。
※物質が液体から気体になるとき(これを「気化」という)、近くのものから吸収する熱のこと。

用意するもの


フェルト布、針金、ペットボトルのフタ、アクリル樹脂用接着剤(二塩化メチレン入り)


木の形に切りぬいたフェルト布に、針金を通して立たせる。木の高さは約10cmくらいにする。


ペットボトルのキャップに、1 で作った木を立てる。


フタにアクリル樹脂用接着剤を静かに注ぎ、フェルトの下の部分がひたるようにする。
※換気できる部屋で実験をしましょう。


接着剤が気化するときに周囲から熱をうばう。このため、フェルト布の先が0度以下になると、フェルト布の繊維を核とした、白い結晶ができる。

レポートのまとめかた



 実験1では、ペットボトルをセットした時刻、時間ごとの雪の結晶の形や大きさ、成長のしかたなどを記録して、写真やビデオに撮っておきましょう。

 実験1では、箱につめるドライアイスの量や、ペットボトルに吹きこむ息の量を変えた場合、雪の結晶はどのようになるのか、温度の変化と合わせて観察してまとめましょう。

自由研究 中学生の理科 Newチャレンジ

発行:永岡書店

<著者プロフィール:野田 新三(のだ しんぞう)>
1970年大阪生まれ。不思議に思ったことは「自分で確かめたい」という気持ちから、理科に興味を持つ。95年千葉大学大学院教育学研究科を修了後、理科の教諭として教壇に立つ。


《リセマム》

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