小学校理科 5学年

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目次

植物のしくみ[編集]

春になると、植物が動き始めますね。植物はどうやって大きくなるのでしょうか。
ここでは、植物が成長するしくみを学びます。

発芽に必要なもの[編集]

植物の種(たね)が、芽(め)や根(ね)をだすことを、 発芽(はつが) といいます。 植物のたねを土にまいただけでは、発芽はしません。
発芽には、湿り気のある水分と、空気と、適当な温度が必要です。ひとつでもかけていると、発芽はしません。

水は必要ですが、種が水の中だと、空気がないので、発芽をしません。したがって、水分は湿り気をおびるぐらいが、適切です。

日光は、ほとんどの植物の発芽には、必要ありません。まったく光のあたらない暗室(あんしつ)でも、湿り気・空気・適切な温度がそろっていれば、発芽をします。

種子の中の養分[編集]

双子葉植物の種子の断面模式図。a:種皮 - b:胚乳 - c:子葉 - d:胚軸

種子の中には、 幼芽(ようが) と、 はいじく胚軸) と、 葉根(ようこん) と、 子葉(しよう) があります。これらが、 (はい) です。 この胚が、発芽した時に、それぞれ、幼芽は本葉になり、胚軸は茎になり、葉根は根になります。子葉は、発芽をした時に、さいしょにでる葉のことです。子葉の枚数は、植物の種類によってちがいます。インゲンマメの子葉は2枚です。インゲンマメの2枚の子葉が、ふた葉になります。子葉が2枚の植物はほかにもあります。ヘチマの子葉も2枚で、この子葉も、ふたばになります。

はいの外側は 種皮(しゅひ) です。種は、種皮と胚で、できています。

インゲンマメの子葉も、ヘチマの子葉も、発芽の後に、本葉が育ち始めると、子葉は枯れていきます。 子葉は、栄養をたくわえています。この子葉の栄養が、植物が成長するのに使われるから、子葉が枯れたのです。

発芽のあと、子葉がでたばかりのときに、子葉を取りのぞくと、そのあとの育ちがわるくなります。このことからも、子葉は栄養をたくわえていることがわかります。

トウモロコシでは、種の中は、胚のまわりに、 胚乳(はいにゅう) があります。インゲンマメには、胚乳がありません。 胚乳は、栄養をたくわえています。このことを確かめるには、胚乳を切り取って減らすと、育ちがわるくなることから、わかります。

イネ。「endosperm」が胚乳。

イネ(稲)にも胚乳はあります。カキ(柿)にも胚乳はあります。 ヘチマには、胚乳はありません。アサガオには、胚乳がありません。

胚乳がある植物を、有胚乳種子(ゆうはいにゅうしゅし)といいます。胚乳が無い種子を無胚乳種子(むはいにゅうしゅし)といいます。


子葉や、はいにゅうの、養分のほとんどは、植物にもよりますが、だいたいの植物では、養分は でんぷん(澱粉) です。 でんぷんは、ヨウ素液をくわえると、むらさき色にかわります。


でんぷん
ヨウそデンプン反応
※ この説明(せつめい)では、「ほうちょう」をつかいます。ですが、ほうちょうをつかのはキケンですので、学校の授業のほかには、このじっけんは、しないでください。

ジュガイモのいもを、「ほうちょう」で切った切り口に、すこし、 ヨウそ液(ようそえき、ヨウ素液) という液体をたらすと、青むらさき色になります。ヨウ素液そのものの色は、うすい黄色です。ジャガイモの切り口は、白い色です。 つまり、ジャガイモとヨウそ液とが、くみあわあって、なにかが、おきたことになります。


また、じゃがいもの切り口からでる白い汁にも、少しヨウ素をたらすと、青むらさき色になります。

これは、デンプンという物質が含まれていて、そのデンプンとヨウ素が、反応(はんのう)をしたからです。

このデンプンとヨウ素との反応を、 ヨウ素デンプン反応(ヨウそデンプンはんのう) といいます。

このデンプンは、植物が成長するために、植物が作った栄養です。

なお、ヨウそ液は、光にあたると、性質がかわってしまうので、光があたらないように、茶色いビンに、はいっています。

ヨウそ液は、食べては、いけません。のんでも、いけません。ヨウそ液をつけたイモも、食べてはいけません。ヨウそ液をつけたイモは、「もえるゴミ」として、すててください。


ヨウ素デンプン反応(はんのう)は、ある物が、デンプンなのか、それとも、デンプンではないのかを、しらべるのに利用(りよう)されます。


なお、デンプンは、漢字で「澱粉」と書きますが、表記は、ひらがなで「でんぷん」と書いたり、カタカナで「デンプン」と書くことが多いです。べつに、デンプンを、ひらがなやカタカナで書くべきとは、決まっていません。

成長と日光・養分[編集]

植物が発芽した後、日光に当てずにかげになる場所に置いていたり肥料をあたえなかったりすれば、しっかりとした植物はできません。
植物の成長には、発芽で必要だった水・空気・適当な温度のほかに 日光 が必要になります。必ずしも必要ではないですが、肥料がくわえられると、育ちがよくなります。鉢植えなどに植えられた植物は、肥料がないと、外から土に栄養が流れ込まないので、植物の育ちが、かなり悪くなります。


日当たりがわるいと、植物は、緑色にはなりません。日当たりがないと、くきも細く、葉も小さいです。

光合成は、主に植物の葉で、おこなわれる。

植物は、葉で、日光を受けることで、でんぷんをつくっています。このことを 光合成(こうごうせい) といいます。

シロイヌナズナの気孔。(上)開いた気孔、(下)閉じた気孔

光合成では、空気中の二酸化炭素を吸収し、酸素を放出しています。 葉の裏を、けんび鏡でよくみると、穴があります。この穴は、 気孔(きこう) といって、この穴から、空気が取り入れられ、光合成につかわれています。

光合成は、葉の、緑色の「葉緑体」(ようりょくたい)という部分でおこなわれています。 植物が緑色をしているのは、この、光合成に必要である葉緑体の色が、緑色だからです。

肥料には、さまざまな養分がありますが、とくに肥料として有名な養分に、 ちっ素(ちっそ) と リンカリウム があります。この3つの成分を、 肥料の3要素 とか「肥料の三大要素」などといいます。

このほか、マグネシウムや鉄やカルシウムなども、肥料になります。 とくに、3要素としてあげた養分(ちっ素・リン・カリウム)が、植物の生育に多く必要になります。

花のつくり・花粉[編集]

花びら (petal) と、がく (sepal)

花には、 花びら(はなびら) と、花びらの根本のほうにある緑色の先のいくつか別れた がく があります。

アサガオでは、がくは、5つに別れています。アブラナでは、がくは、4枚です。

植物の種類によってちがいはあるものの、ほとんどの植物の花には、 花びら と がく と おしべ と めしべ があります。この4つを 花の4要素(はなのよんようそ) といいます。

ただし、カボチャの花では、おしべは、お花にしかありませんし、めしべはめ花にしか、ありません。 カボチャのお花には、花びらや、がくがあります。カボチャのめ花には、「花びら」と、「がく」と、「子ぼう」があります。 このように、お花やめ花に分かれていても、がくはあります。

なお、カボチャのがくは5枚です。お花な、もめ花も、がくは5枚です。 め花の子ぼうは、カボチャの実になります。

ヘチマも、花が、お花とめ花に分かれています。お花のがくの下には、子ぼうがあります。ヘチマの子ぼうは、ヘチマの実になります。

ウリ科

カボチャもヘチマもヒョウタンも、ウリ科の植物です。

おしべの、つくり。めしべの、つくり。[編集]

花の構造;
めしべ, Stigma:柱頭、Style:花柱、Ovary:子ぼう、Ovule:はいしゅ。
おしべ, Stamen
  • おしべ
チューリップの、おしべの先についている花粉。

おしべの先には、ふくらんだ物が付いています。これは花粉がつまっています。このおしべの先にある、花粉のふくろを、 やく という。「やく」のことを、「花粉ぶくろ」ということもあります。

  • めしべ

めしべは、 柱頭(ちゅうとう) と、 花柱(かちゅう) と、 子ぼう(しぼう) の3つの部分からなります。

  • 柱頭(ちゅうとう)

めしべの先にある、ふくらんだ部分です。おおくの植物では、柱頭には、ねばねばとした液体がついています。この「ねばねば」は、花粉をつけやすくするためです。花粉が柱頭につくことを受粉(じゅふん)といいます。花粉は、おしべの先の「やく」から出るのでしたね。

  • 子ぼう

めしべの根元にある、ふくらんだ部分です。子ぼうは、受粉のあとに、子ぼうが実(み)になります。「受粉」とは、柱頭の先に、花粉がつくことでしたね。そして、花粉は、おしべの先の、「やく」から、出るのでしたね。 柱頭に花粉がつかないと、子ぼうは、実(み)になりません。

子房は、植物によって、「花びら」や「がく」の上にある場合と、花びらの下にある場合があります。 アサガオやアブラナでは、子ぼうは、花びらの上にあります。 ヘチマやカボチャでは、子ぼうは、花びらの下にあります。

  • 花柱(かちゅう)

柱頭と子ぼうとのあいだの、やや細い部分です。

受粉(じゅふん)[編集]

めしべにある柱頭(ちゅうとう)に、花粉がつくことを 受粉(じゅふん) といいます。受粉をした花には、変化が起こります。 柱頭いがいの場所についても、受粉ではありません。子房に花粉がついたのは、柱頭ではありません。子ぼうに花粉がついても、とくに変化は起きません。 花柱(かちゅう)に花粉がついても、とくに変化は起きません。

受粉をして花に変化がおきるのは、柱頭(ちゅうとう)に花粉がついた場合だけです。だから、柱頭に、花粉がついたばあいだけを、受粉(じゅふん)といいます。

柱頭は、ほとんどの植物では、柱頭は「ねばねば」していて、花粉がつきやすいようになっていることが多いです。

「子ぼう」の中には、「はいしゅ」(胚珠)があります。柱頭に花粉がついて、受粉をすると、やがて子ぼうがふくらんでいき、そして実(み)になります。実(み)のなかには、種(たね)があります。この種は、元は、はいしゅでした。


受粉のしかた
  • 自家受粉(じかじゅふん)

アサガオでは、おしべとめしべが同じ花にあります。このような花の場合、花が開くと、おしべの花粉が、めしべにふりかかります。このような仕組みの受粉を 自家受粉(じかじゅふん) といいます。自家受粉では、虫や鳥などの助けは、いりません。

自家受粉の例:アサガオ、イネ、エンドウ、など


  • 他家受粉(たかじゅふん)
虫ばい花の例:イチゴの花とミツバチ

めしべの柱頭が、ほかの株(かぶ)の花のおしべから出た花粉と、受粉をすることです。 花粉を運ぶ方法は、虫によって運ばせる方法や、風によって飛ばす方法などがあります。

  • 虫ばい花

虫によって、はこばせる方法は、花のみつを吸いにきた虫に、花粉がつくようにする方法です。 このような仕組みで花粉を虫にはこばせる花を、 虫ばい花(ちゅうばいか、虫媒花) といいます。虫ばい花は、他家受粉に、ふくまれます。 虫ばい花は、花粉がねばねばしていることが多いです。これは、虫の体に花粉がつくうえで、つごうがいいです。 また、虫ばい花の、花の色や大きさは、目立つものが多いです。これは、虫にきづかれやすくするために、つごうがいいと考えられています。 虫ばい花は、みつをだします。


虫ばい花の例: アブラナ、ヒマワリ、カボチャ、など


  • 風ばい花
風ばい花の例:スギのお花(おばな)と、め花

風によって花粉を運ばせる方法の花を、 風ばい花(ふうばいか、風媒花) といいます。風ばい花は、他家受粉に、ふくまれます。 花粉は、さらさらしていて、軽いものが多いです。これは、風に飛ばされやすくて、つごうがいいと、考えられています。

風ばい花は、花が目立ちません。また、風ばい花は、みつが少ないです。

風ばい花の例: スギ、 イネ、マツ 、トウモロコシ 、ムギ 、ススキ 、ヤナギ 、など


多くの植物で、虫ばい花と風ばい花のどちらかが、花粉の運び方ですが、植物のなかには、ほかの運び方で花粉を運ぶものも、あります。水ばい花(すいばいか)や、鳥ばい花(ちょうばいか)がある。他家受粉にかんしては、水ばい花も、鳥ばい花も、他家受粉です。

  • 水ばい花(すいばいか)
水ばい花の例:お花をつけたマツモ

花粉を水に流させて、花粉をはこびます。 この水ばい花は、水中に生えている植物で、みられることがあります。

水ばい花の例: クロモ、 キンギョモ、など


  • 鳥ばい花(ちょうばいか)
みつをすう、シロアゴサファイアハチドリ

鳥の体に花粉をつけて、花粉をはこぶ花です。木に咲く花に多いです。 冬ごろに咲く花が多いです。冬は、虫がすくないので、虫をエサにしている鳥は、少ない虫のかわりに、花のみつをすう場合があるのです。


鳥ばい花の例:ツバキ、サザンカ、ビワ、など


人工受粉(じんこうじゅふん)

人間が、手作業で、花粉をめしべの柱頭にくっつける受粉のしかたを、人工受粉(じんこうじゅふん)といいます。

農業で、実を確実に作らせて、収穫を多く得たい場合に、人工受粉が使われることが多いです。

日本の天気[編集]

遠足の前の日は、天気が気になりますね。ここでは、天気の仕組みを学びます。

気温の変化については、小学校理科 4学年を参照してください。

天気の変化[編集]

雲と天気との関係[編集]

まず、「晴れ」(はれ)とか、「くもり」とかの天気を表す用語を説明しましょう。

空をおおう雲の量が、9割以上のばあいを くもり といいます。空をおおう雲の量の割り合いを、 雲量(うんりょう) といいます。

雲量が1割以下の状態ので、雨や雪などの降ってない状態を 快晴(かいせい) といいます。

快晴 (飛騨山脈、北アルプスの小蓮華山にて)。雲量が、ほぼ0。

雲量が2割から8割のときを, 晴れ(はれ) といいます。

気象観察[編集]

アメリカ合衆国の気象衛星、GOES-8。

地球上の雲は、気象衛星(きしょうえいせい)という、人工衛星(じんこうえいせい)によって撮影されています。

GOES-9からの衛星画像。ハリケーン・フェリックス (1995年)

日本では気象衛星は、「ひまわり」という気象衛星が(2016年の時点では、)運用されています。

日本での天気予報は、気象衛星からの情報も参考にしますが、それだけではなく、日本各地の地上からの観測所からの情報も元にして、決められています。

日本には、アメダスという気象観測のシステムがあり、観測装置が日本国内各地の約1300ヶ所の気象観測所にあります。

2005年日本国際博覧会の会場に設置されていた万博アメダス(気象庁が設置するものとは異なる)

気象観測の情報には、気象衛星やアメダスのほか、気象レーダーや海洋・海上気象観測や、などの情報があります。


これらの、情報を元にして、気象庁は天気図や予報天気図を作成し、気象庁は天気予報を発表します。

風(かぜ)の観測

気象かんそくで、風(かぜ)のようすを表す時は、風がふいてくる向きと、風の強さとで表します。


16方位
北西 北北西 北北東 北東
西北西 東北東
西 +
西南西 東南東
南西 南南西 南南東 南東
  • 風向(ふうこう)

風のふいてくる向きを 風向(ふうこう) と言います。 風の方向は、 16方位(じゅうろく ほうい) で、あらわします。

風向の調べかたは、吹き流し(ふきながし)で調べられます。吹き流しの上流の方角が、風向になります。支柱にちかい口の広い側が上流で、支柱から遠い狭い側が下流です。


  • 風速(ふうそく)

風の強さは、風による、空気の動く速さで表し、これを 風速(ふうそく) といいます。風速の単位はメートル毎秒(メートルまいびょう)です。(m/秒) 「m/秒」の読みは、メートル毎秒と読んでおけば、とくに問題ないでしょう。


  • 風力(ふうりょく)

風のつよさを表す際に、風速ではなく、風が物におよぼす力を段階的にあらわした 風力(ふうりょく) で表す場合もあります。 風力の階級は、もっとも弱い階級0から、もっとも強い12までの、13階級で表されます。この風力の階級を 風力階級(ふうりょくかいきゅう) といいます。

天気の変化[編集]

日本の付近では、天気は、西から東へと変わっていきます。 気象衛星の画像を見ると、雲のうごきは、南北方向の雲の動きについては季節などによってちがいますが、東西方向の動きについては、ほぼ、西から東のほうへと、雲は移動します。


また、日本の上空では、 偏西風(へんせいふう) という西から東への、西風(にしかぜ)が吹いています。

雲の種類



  • 気圧(きあつ)

空気にも、じつは、おもさがあります。地球の地表を取りまく空気を大気(たいき)といいます。大気にも重さがあるので、重さにより、大気中のものにも力がかかります(水中のものには、水から、押しつぶすような力が、かかってるのと、同じような現象。)。 大気がおよぼす、押しつぶす方向の空気の力を 大気圧(たいきあつ) といいます。気体がおよぼす、押しつぶす方向の力を 気圧(きあつ) といいます。気象や天気で「気圧」といった場合、大気圧のことを言う場合が多いです。

  • 高気圧(こうきあつ)
    ある地域で、まわりの地域と比べて気圧が高いことを、高気圧(こうきあつ)といいます。
  • 低気圧(ていきあつ)
    ある地域で、まわりの地域と比べて気圧が低いことを、低気圧(ていきあつ)といいます。

高気圧の場所からは、風が吹き出します。

吹き出すときの風向きは、上空からの天気図で見た場合、右回り(時計回り)で吹き出します。この「右」とか「時計回り」とは、北を上としてみた場合の視点です。まっすぐ吹き出すのではなく、このように渦をまいて吹き出す理由は、地球が自転していることであり、詳しくは中学理科で習いますが転向力(てんこうりょく)という力により、圧力の傾きに対して右側に風が、それます。

転向力。左回りに回転する円盤の中心から等速度運動をする玉(上図)は、円盤上からは進行方向に対し右向きの力で曲げられたように見える(下図)。

小学校では、「北半球では、高気圧は右回り。」という結果だけを知っていれば良いでしょう。 なお、高気圧が「右回り」であるのは、北半球の場合であり、南半球ではちがった結果になるので注意しましょう。

高気圧の中心近くでは、上空から地表へと風が流れる 下降気流(かこうきりゅう) が発生します。また、下降気流のため、雲ができにくく、天気は晴れることが多いです。


低気圧の場所では、風が吹き込みます。 風向きは、上空からの天気図で見た場合、左回りの反時計回りで、吹きこみます。この「左」とか「反時計回り」とは、北を上としてみた場合の視点です。 低気圧の中心近くでは、地表から上空へと風が流れる上昇気流(じょうしょうきりゅう)のため、雲ができやすく、天気は悪いことが多いです。


  • 季節と天気

季節によって天気の傾向が異なります。 日本の場合の、季節ごとの天気の特ちょうを、気圧の仕組みとからめて、のべます。

ユーラシア大陸で発生した高気圧と低気圧が、偏西風により交互に西からやってきて、日本上空を高気圧と低気圧が交互におとずれます。このため、天気が3日ぐらいごと、あるいは4日ぐらいごとに周期的に変わりやすくなります。俗に三寒四温(さんかんしおん)などと呼ばれます。それぞれ、移動性高気圧(いどうせいこうきあつ)と温帯低気圧(おんたいていきあつ)と呼ばれます。高気圧の時に天気がよくあたたかく、低気圧の時に天気が悪くなります。

低気圧が通過するときに強風が吹きやすく、俗に、春に最初に観測された強風を、春一番(はるいちばん)といいます。

周期的な天気の変化を繰り返すうちに、月日が立つにつれ、だんだんと、あたたかくなっていきます。

なお、ユーラシア大陸で発生し日本に春をもたらす気団は、長江気団(ちょうこうきだん)です。長江のことを揚子江(ようすこう)ともいうので、揚子江気団という場合もあります。

  • 梅雨
東アジア地域での梅雨前線の様子。梅雨をもたらす4気団の位置及び梅雨期間中の勢力変化も示してある。このうち、日本付近では、オホーツク海気団と小笠原気団により梅雨がもたらされる。

6月ごろに、雨の日が多くなります。また、雨の降る量も多いです。これを梅雨(「つゆ」、あるいは「ばいう」)といいます。 この理由は、北側の冷たく湿った オホーツク海気団(オホーツクかい きだん) と、南側のあたたかく湿った太平洋側の 小笠原気団(おがさわら きだん) が日本付近でぶつかりあい、そこで気団が動きにくくなるからです。

気団の境界線のことを 前線(ぜんせん) といいますが、梅雨をもたらす両気団の境界線上の前線を 梅雨前線(ばいうぜんせん) といいます。

衛星画像などの上空から雲の様子を見ると、東西にのびる雲で、雲に切れ目のなく、つながった雲が、日本をおおっています。

6月も終わりに近づき、夏が近づくにつれて、南側の小笠原気団が優勢になり、北側のオホーツク海気団が北へ押し戻されていきます。俗に言う「梅雨明け」(つゆあけ)です。その結果、夏が近づきます。

小笠原気団の影響下にあり、南東からあたたかく湿った風が吹いてきます。その結果、湿度と気温が高い、むしあつい日々が多くなります。 なお、このような季節ごとの、特ちょうのある風を 季節風(きせつふう) といいます。 夏は、晴れの日が多くなります。 また、強い日差しのため、地面があたためられ上昇気流が発生しますが、上空ですぐに冷やされるので積乱雲(いわゆる入道雲)が発生しやすく、そのため、雨天時は大雨や雷雨になりやすいです。いわゆる夕立(ゆうだち)です。 気圧の配置は、南の気圧が高く、北の気圧が低い、南高北低(なんこうほくてい)です。

秋の天気も3日や4日ぐらいごとに、周期的に変わることが多いです。ユーラシア大陸の長江気団の影響です。 南の高気圧は弱まり、北の高気圧が強くなっていきます。梅雨には梅雨前線があったのと同様に、秋にも秋雨前線(あきさめぜんせん)により長雨がふることがあります。 また、9月ごろに台風(たいふう)という、つよい風雨が発生することが多いです。

周期的な天気の変化を繰り返すうちに、月日が立つにつれ、だんだんと、さむくなっていきます。


  • 台風(たいふう)
宇宙から見た台風(平成16年,台風 第18号)
日本の南にある3つの台風(平成18年,台風7, 8, 9号)。2006年8月7日。

夏の終わりごろ、太平洋の洋上で、強い日差しのため、大量の水蒸気が蒸発し、積乱雲などをともなう熱帯低気圧(ねったいていきあつ)が太平洋上で発達します。この夏の終わりごろの、南方からおとずれる熱帯低気圧が、強い風雨を発生させることが多く、この強い風雨を 台風(たいふう) といいます。 くわしく言うと、台風は、風速が秒速で 17.2m/秒 をこえる風を発生させる低気圧を台風といいます。

台風は低気圧なので、ほかの低気圧と同様に、衛星から見た場合の風の向きは、反時計回りであり、雲は渦(うず)をまいています。 台風の中心付近には雲がなく、また、中心では、風も弱いです。この台風の中心の雲の少ない場所を台風の目(たいふうのめ)といいます。 台風の目の、ま下は、風が弱いです。だが、その周辺では、台風の中心に近づくほど風や雨が強いのです。

北西からやってきたシベリア気団に、日本がおおわれます。北西からの季節風が強いです。日本海側と太平洋側で天気が違うことが多いです。日本海側では、くもりや、雪がふりやすいです。いっぽう、太平洋側では、雪を降らせ終わったあとの乾いた風が吹くので、乾燥した晴れの日が太平洋側では多いです。

魚の育ちかた[編集]

※注意 この節では、メダカの飼育方法を解説していますが、責任は取りません。詳しくはページ末にリンクのある免責事項について、お読みください。飼育は、読者の自己責任です。

この節では、メダカを例に、魚の生まれ方を説明します。 メダカの生まれかたを観察するにあたっては、まず、メダカを飼わないと(かわないと)、観察のしようがありませんね。

  • メダカの飼いかた(かいかた)
水槽(すいそう)が必要。
水槽の水は、水道水を用いる場合は、一日以上、放置しといた、くみおきの水が必要。けっして出した直後の水道水を、そのまま、使ってはいけない。水道水には、消毒用の薬品が入ってるので、くみおきをせずに水道水を直接あたえると、メダカを死なせてしまう。
メダカを飼い続けると水が汚れてくるが、水を交換する時は、けっして一度には全部を交換せず、3分の一ぐらいづつ、くみおきの水と交換する。あるいは半分ぐらいづつ、くみおき水と交換する。
水槽の底には、水でよく洗った石や砂を、しきつめておく。
水草を入れる。マツモやキンギョモなどの水草で良い。
入れるメダカの性別は、オスとメスとを、だいたい3匹くらいづつ以上は入れる。メスだけでも卵は生まれるが、子供が生まれるにはオスが必要になるため。
水槽を置く場所は、日光が直接には当たらない、明るい場所に水槽を置く。まったく日光が当たらないと、水草が光合成をせず、水中の酸素が作られないのでダメである。日光が直接当たると、水温が高くなる。
魚の飼育用のヒーターが必要になる。また、水温を知るため、温度計が必要。
エサが必要。メダカ用のエサか、金魚用のエサで良い。エサは1日につき1回か2回、与える。一度に与える量は、エサを残さない程度。エサが余ると、余ったエサがくさるので、余らせないようにする。このほか、ミジンコや小さなイトミミズを、メダカは食べる。
学校でメダカを飼育する場合、日曜日などの休日中も、エサなどの世話をする必要があります。もし、連休などのあいだ、まったく世話をしないと、休み明けにメダカが死んでいる場合も、ありえます。学校の先生の指示に従って、休日中のエサやりなどは、対応してください。


  • メダカのからだ
メダカ(メス)
メダカ(オス)

オスとメスとで体の特ちょうが、ちがう。 背びれと尻びれの形がちがう。

オスは背びれに切り込みがある。メスは背びれは切り込みがない。

メスの尻びれは、尾に近づくほど細くなる三角形のような形の尻びれである。 オスの尻びれは、尾に近づいても細くならず、平行四辺形のような形の尻びれである。


メダカに限らず、動物は性別によって体の特ちょうが、オスとメスとで、ちがっている場合が多い。


メダカのメスは水温が20℃〜25℃くらいになると、産卵をする。・・・というより、水温が低すぎたり、水温が高すぎたりすると、産卵をしない。季節で言えば3月の春頃から、夏の終わり・秋のはじめの9月頃である。観察実験は、この時期にあわせると、ラクである。

産卵したメスの尻(しり)のほうに、たまごが、いくつか、ついている。メダカのたまごは、透明で無色である。たまごの一個あたりの大きさは、だいたい直径が1.0mmから1.5mmくらいである。

このような小さなたまごが、だいたい5個から10個くらい、ついている。 メダカのメスは、一度の産卵(さんらん)で、たまごを5個から10個くらい、うむ。

なお、べつに尻(しり)からたまごが出るのではなく、尻とはべつに、たまごを出すための穴が、魚のメスには、ついている。

オスがメスに並んで泳ぎ、よりそい、メスのたまごに、 精子(せいし) というものをふくんだ液をたまごにかけると、たまごに子供が、やどる。

このような、オスから出る精子をふくんだ液を 精液(せいえき) という。精液には、とても多くの精子がふくまれている。

もし、オスの精子がたまごにつかないと、たまごからは子供は生まれず、卵はそのまま、くさっていく。メスのたまごにオスの精子が、かかって、たまごに子がやどることを 受精(じゅせい) という。オスの種類とメスの種類が同じでないと、たまごに精子をかけても、たまごに子は、宿らない。メダカのたまごに、メダカ以外の、たとえばイワシの精子をかけても、子はやどらず、受精をしない。また、1個のたまごに受精できる精子の数は、ふつうは、1個だけである。(たまごが受精すると、それ以上は、べつの精子が近づいても受精しないように、たまごが変わる。) ほとんどの精子は、受精はできず、そのまま水中で死んでしまう。

産卵が終わったら、メスは、たまごを水草に、くっつける。

メダカのたまごには、長い毛が、たまごの一部から、数本、出ている。この毛は 付着毛(ふちゃくもう) と呼ばれる。 付着毛とは別に、よくみると、短い毛が、たまごに全体的に付いている。 たまごと別のたまごの付着毛どうしがからみつき、たまごどうしが、まとまる。この付着毛をメスが水草にまきつけることで、たまごを水草に固定している。

たまごから、子が、かえりやすい温度は、だいたい20℃から25℃までである。15℃くらいより低い温度だと、たまごがかえらず、死んでしまう。30℃くらいより高い温度でも、たまごが死んでしまう。

  • メダカの、たまごのようす
生まれたばかり: 多くのあわのような粒が、全体的に散らばっている。
数時間後: あわの粒が、いっぽうに集まり、いくつかの大きな丸い物になる。また、よくみると、つぶの集まった側に対する反対側が、盛り上がっている。
3日後ぐらい: 大きな丸いものが、より粒が少なくなり、くっきりとしてくる。
8日後ぐらい: 心臓のようなものが動き始めてるのが見えて、血液が流れているのが見える。
11日後ぐらい: 子メダカが、たまごから、かえる。これがメダカのふ化である。


子メダカの形はヒレは見られないものの、頭から尾まである。また、腹に、ふくらんだ ふくろ がある。この腹のふくろには養分が入っている。生まれたばかりの子メダカは、このふくろから栄養をとる。ふくろのある子メダカに、エサをあげても、食べない。 ふ化してから2日から3日ぶんくらいすると、ふくろが無くなり、子メダカはエサを食べるようになる。 ふくろが小さくなたt理由は、栄養として使われたからだと、いっぱんには考えられている。 ふくろが無くなる頃には、体も、ふ化した直後よりかは、すこしだけ大きくなっている。

メダカは種類にもよるが、4ヶ月くらいで親になる。寿命は1年から2年くらいである。

水中の小さな生き物[編集]

ミジンコ。動物性プランクトンである。
ミドリムシ。植物性プランクトンである。
  • プランクトン

結論から言おう。自然の池や小川の水中には、人間の目には見えないが、じつは小さな生物が住んでいる。その小さな生き物が、小さすぎて、人間の目では気づかないのである。 自然の池や川の小魚が、人間がエサをあげなくても生きていけるのは、このような小さな生物を食べているから、自然の小魚が生きていけるのである。

このような、池や川などの水中の、目には見えない小さな生き物をまとめて、プランクトンという。 プランクトンは、魚ではない。

なお、水中に限らず、小さすぎて、人の目には見えない生き物のことを、び生物(びせいぶつ、微生物)という。

プランクトンには、動物に含まれる動物性プランクトンもあれば、植物に含まれる植物性プランクトンもある。

  • 動物性プランクトン
池や川の水に住む動物性プランクトン: ミジンコ、ゾウリムシ、など
海水に住む動物性プランクトン: カニの子、ウミボタルなど


なお、池の水や、川の水など、塩分を、ほとんどふくまない水を、淡水(たんすい)という。

  • 植物性プランクトン
池や川の水に住む植物性プランクトン: アオミドロ、ミカヅキモ、など
海水に住む植物性プランクトン: クモノスケイソウ、ツノモなど


  • 動物なのか植物なのか、よく分からないプランクトン
ミドリムシ(池や川の水にすむ。)

ミドリムシは光合成をするが、体を動かせるという、動物と植物の両方の特ちょうを持ってる。

  • 池や川でも、海水でも、どちらでも住めるプランクトン
ケンミジンコ(これは、動物性プランクトン。)


植物性プランクトンであるアオミドロやミカヅキモは、植物なので、光合成をします。そのため、日当たりのいい場所で、増殖します。ミドリムシも光合成をするので、日当たりのいい場所で増殖する。 植物性プランクトンの色が緑色なのは、光合成を行なう葉緑体の色である。

けんび鏡の使い方[編集]

顕微鏡。 小学校・中学校のとは違うが、仕組みは だいたい同じであるはず。
ステージ上下式顕微鏡の各部の解説用のイラスト。
鏡筒上下式顕微鏡の解説イラスト。

顕微鏡のレンズには、接眼レンズと対物レンズの2種類が必要である。

顕微鏡の倍率は、

  接眼レンズの倍率×対物レンズの倍率

である。

たとえば接眼レンズの倍率が15倍であり、対物レンズの倍率が4倍なら、顕微鏡の倍率は60倍である。(15×4=60より)

一般に中学校などで使うような形式の顕微鏡の倍率は、40倍から600倍までである。

ミジンコやミドリムシなど、いわゆる「微生物」と言われるものは、虫メガネなどでは倍率が小さすぎて確認できない場合が多い。微生物などは、顕微鏡以上で観察しよう。


  • 手順

まず、プレパラートの用意が必要である。鏡筒上下式顕微鏡と、ステージ上下式顕微鏡のどちらとも、プレパラートが必要にななる。

小学校では、プレパラートのつくり方は、習わないかもしれない。その場合でも、学校の先生などがプレパラートを作成しているはずです。

このプレパラートの用意の方法を、つぎに説明します。

プレパラート[編集]
プレパラートとカバーガラス。細長いプレパラートの上に、中央に正方形状のカバーガラスが乗っている。

顕微鏡で観察する時は、プレパラートを使う必要がある。

うすい物しか観察できない。あつい物を観察したい場合は、うすい切片にする必要がある。

  1. スライドガラスの上に、観察したい対象を乗せる。必要に応じて、対象物に水をスポイトなどで1滴たらして、水分を補う。
  2. 柄付き針(えつきばり)やピンセットでカバーガラスを乗せ、このとき空気のあわが入らないようにする。
  3. カバーガラスから、はみでた水を、ろ紙で吸い取る。
(※ 柄つき針を使ってる画像を募集中。だれか作ってください。)
一般的な顕微鏡の使用手順[編集]
  1. まず、水平で直接日光の当たらない場所に、顕微鏡を置く。
  2. レンズを取り付ける時は、まずは接眼レンズを取り付け、次に対物レンズを取り付ける。この順番を逆にすると、もし鏡筒の内部にホコリなどが入ってしまうと、対物レンズの上にホコリが落ちてしまい邪魔になる。(外すときは、逆の順序である。対物レンズを外し、接眼レンズを外す。)
  3. 対物レンズを、もっとも低倍率の物にセットし、次に接眼レンズをのぞきながら、視野全体が明るく見えるように反射鏡と しぼり を調節する。
  4. プレパラートをステージの上に乗せクリップで固定し、顕微鏡を横から見ながら、なるべく対物レンズとプレパラートを近づける。ピント合わせは、まだ行わない。なるべく近づける理由は、ピント合わせを行うとき、レンズとプレパラートとを離す方向でピント合わせを行うことで、ぶつからないようにするためである。
  5. 接眼レンズをのぞきながら、ピント合わせのため、対物レンズとプレパラートを離していくように、調節ねじ をゆっくり回して調整する。

以上の手順で、観察を始められる。さらに高倍率で観察したい場合には、対物レンズをレボルバーを回して、高倍率の対物レンズに替える。

光学顕微鏡などでの、映像の動かしたい方向と、プレーパラートを動かす方向との関係を図示。

顕微鏡で見える像は、上下左右が反対に見える顕微鏡が普通である。なので、プレパラートを動かすと、像は反対方向に動いて見える。よって、プレパラートを動かしたい場合には、動かしたい方向とは反対の方向に動かす。


いきなり、高倍率の対物レンズで観察すると、視野がせまいので調整が難しくなる。そのため、まずは低倍率の対物レンズを使用する。 また、高倍率にするほど、明るさは暗くなる。

食物連鎖(しょくもつれんさ)[編集]

陸上と海中での食物連鎖のイメージ。

水中や水面をただよっている、とても小さな生物をプランクトンという。

(※ プランクトンは、小学校社会科で、湖沼の環境問題などと関連して習う。小学校理科ではプランクトンは、通常は範囲外。)

プランクトンにも、動物と植物とがある。ミジンコやゾウリムシは、動物性プランクトンである。ケイソウやアオミドロは植物性プランクトンである。

ミジンコやゾウリムシなどの動物性プランクトンは、ケイソウやアオミドロなどの植物性プランクトンを食べる。 このように、動物性プランクトンは、エサとして、植物性プランクトンを食べている。

そして、動物性プランクトンも、メダカなどの小さな魚に食べられる。

メダカなどの小さな魚も、さらに大きな魚に、エサとして食べられる。

植物プランクトン(ケイソウなど) → 動物プランクトン(ミジンコなど) → 小型の魚(メダカなど) → 中型の魚 →大型の魚など

というふうに、より大型の生き物などに食べられていく。

生きてるあいだは食べられずに寿命を迎えて死んだ物も、微生物などにエサとして食べられていく。

このように、生き物が、食べる・食べられるの関係を通じて関わり合っていることを 食物連鎖(しょくもつれんさ) という。

食物連鎖は、なにも水中の生き物だけでなく、陸上の生き物にも当てはまる考え方である。

動物の誕生(たんじょう)[編集]

動物の誕生[編集]

魚などの場合[編集]

魚(たとえばメダカ)や両生類(たとえばカエル)などの水中の生き物では、メスがたまごを産卵したあとに、オスが精子をふくんだ精液(せいえき)を、たまごにかけることで、たまごが受精し、子がやどる。

精子の中には、父親の体のつくりかたの情報をもっている 遺伝子(いでんし) という物質がある。この精子のなかの遺伝子によって、父親の体の特ちょう(とくちょう)が、こどもに受けつがれる(うけつがれる)。

卵のなかにも、母親の体のつくりかたの情報をもっている 遺伝子(いでんし) という物質がある。この卵のなかの遺伝子によって、母親の体の特ちょう(とくちょうが、こどもに受けつがれる(うけつがれる)。


こどもの特ちょう(とくちょう)は、父親からは精子のなかの遺伝子で、父親の特ちょうが子に受けつがれる。母親からは、母親の卵のなかの遺伝子で、母親の特ちょうが子に受けつがれる(うけつがれる)。

なので、子の体は、父親と母親の両方の特ちょうを受けつぐ。


魚では、母親が体外に出した卵に、オスが精子をふくんだ精液をかけるので、あった。

しかし、陸上の生物は、この方法では、受精できない。精子は水中は泳げるが、精子は空中を飛べない。

陸上生物では、魚とはちがった方法で、受精が行われる。

人の たんじょう[編集]

…とまあ、生き物のうまれる仕組みを説明した。きみたち小学生も、(きみたちの)お母さんから、うまれてきたのです。

(38 週目) 母親のおなかの中にいる、赤んぼう(あかんぼう)

女の人は、あかちゃん が、体の中にできると、おなか が 大きくなります。おなかの中で、こどもが、できはじめるのを、妊娠(にんしん)と言います。「妊婦(にんぷ)さん」というのは、妊娠してる女の人のことです。

また、おなかの中にいるときの赤んぼうのことを、胎児(たいじ)といいます。

そして、おなかの中の赤ちゃん(胎児)は、お母さんの体から、栄養(えいよう)をもらって、おなかの中の赤ちゃん(胎児)は、すくすくと育っていきます。おなかの中の赤ちゃんと、お母さんは、へそのおで、つながっています。

へそのおは、あかちゃんに、栄養を、おくっています。お母さんが、赤ちゃんに、栄養をおくっているのです。空気も 、へそのをとおして、お母さんから、もらっているので、赤ちゃんは ちっそく しないのです。


おなかの中で赤ちゃんが そだちはじめてから、10か月ほど すると、お母さんは、赤ちゃんを 体の外に出します。こうして、こどもは、うまれてくるのです。なお、お母さんが赤ちゃんを体の外に出すときのことを、出産(しゅっさん)といいます。

こどもを「妊娠(にんしん)する」、ってことは、とっても体が、くるしいのです。それは「つわり」といって、はきけ がするのです。

でも、妊娠してたころのお母さんは、こどもをうみたかったから、つわりのくるしさを、がまんしているのです。


さらに、こどもを産む直前は、とっても力いっぱい、ふんばる(踏ん張る)ので、(※ うんちをだすとき、ふんばりますよね? おんなじように、こどもを出すとき、ふんばるのです。)とっても、くるしいのです。この出産のときの踏ん張り(ふんばり)は、うんちの時よりも、もっとすっごく、ふんばっているのです。なので、すっごく、痛い(いたい)のです。この出産のときの痛さを陣痛(じんつう)といいます。


ちなみに、へそのお は、子供が出てきたばかりのときは、まだ、つながっています。 出産したあと、へそのおを、ハサミで切るのです。

「お母さんが、子供をうむ」ってことは、とても大変(たいへん)なので、小学生の人は、けっして、小学生のうちから、子供を作っては、いけません。sexすんなよ!

さらに、子供をうんだ後(あと)にも、子供をそだてるのも、すっごく、大変なのです。


赤んぼうが、母親のおっぱいから出る、母乳(ぼにゅう)を飲むのは、出産が終わったあとです。つまり、赤んぼうが、母親の体の外に出たあとになって、それからいろいろあって、赤んぼうは、母親から出る母乳を飲むのです。

赤んぼうが、おなかの中にいるときは、まだ、母乳を飲んでいません。

陸上生物の場合[編集]

(※ やや、範囲外。)

ほとんどの陸上の生物では、メスの体内で、受精が行われます。 このような受精の仕組みを 体内受精(たいないじゅせい) という。

いっぽう、魚やカエルのように、メスが体外に放出したたまごに、オスが精子をかけることで受精が行われるという受精の仕組みを 体外受精(たいがい じゅせい) といいます。


体内受精(たいないじゅせい)によって、陸上の生物でも、子供を産むことが可能になります。

ほ乳類(ほにゅうるい)の受精(じゅせい)は、体内受精(たいない じゅせい)です。 私たち人間も、ほ乳類(ほにゅうるい)なので、人間の受精(じゅせい)も、体内受精(たいない じゅせい)です。

陸上動物(りくじょうどうぶつ)の体内受精(たいない じゅせい)でも、遺伝子のしくみは、魚などの体外受精と、同じです。

陸上動物(りくじょうどうぶつ)の体内受精(たいない じゅせい)でも、精子の中の父親からの 遺伝子(いでんし) によって、父親の体の特ちょう(とくちょう)が、こどもに受けつがれる(うけつがれる)。

陸上動物(りくじょうどうぶつ)の体内受精(たいない じゅせい)でも、卵のなかにある、母親からの 遺伝子(いでんし) によって、母親の体の特ちょう(とくちょうが、こどもに受けつがれる(うけつがれる)。


陸上動物でも、こどもの特ちょう(とくちょう)は、父親からは精子のなかの遺伝子で、父親の特ちょうが子に受けつがれる。母親からは、母親の卵のなかの遺伝子で、母親の特ちょうが子に受けつがれる(うけつがれる)。

なので、陸上動物でも、子の体は、父親と母親の両方の特ちょうを受けつぎます。


人間の子供も、その子の父親の遺伝子と、その子の母親の遺伝子を受けついでいます。

鳥の場合[編集]

(※ この節の前半は、範囲内です。)

具体的に体内受精がイメージしやすいよう、ニワトリなどの鳥類(ちょうるい)を例に、説明しよう。

鳥類では、かたい殻(から)でおおわれた卵(たまご)を、定期的に産む。ニワトリの場合、ほぼ毎日、卵をうむ。 さて、この鳥の生んだ卵は、受精してるとは、かぎらない。魚とちがって鳥の場合、鳥のメスがたまごを排出してから、オスの精子をつけても、精子がカラにさえぎられて、受精には、ならない。そもそも鳥のオスは、そのような体外受精の行動を取らない。 仮に、カラのついたたまごに、人間などが手を加えて、タマゴに鳥のオスの精子をかけても、卵は受精しない。


鳥の受精の仕組みは、体内受精なのである。

(※ 小学校の範囲外です。)

では、どうやってオスは精子をメスの体内に、おくりこむのだろうか。

人間の女の卵巣と子宮。
鳥の卵巣の画像が無いので、これで代用してください。
ヒトのペニス(男性器)の断面図。
(鳥類のペニスの画像がないので、この画像で代用してください。

じつは、鳥のメスの体内には卵を作る 卵巣(らんそう) という部位があるのだが、卵巣につながっている 子宮(しきゅう) という場所に、オスが精液とともに精子を送りこむ。 このオスによる体内受精の精子の送りかたは、オスの下半身の股間のあたりにペニス(いわゆる「おちんちん」)という部位がついていて、大人のオスは、そのペニスから、精子をふくんだ精液を放出できるので、これを利用して、メスの子宮に精子を送り込むことで、卵巣(らんそう)でつくられた卵が受精するのである。

より正確に言うと、子宮と卵巣のあいだにある 卵管(らんかん) という場所で、受精をするのである。卵管で受精をした卵は 受精卵(じゅせいらん) と言われ、受精卵は子宮にくっつき、メスの体内で育つ。 このような、メスが受精卵を体内に持っていて、子宮に受精卵がくっついた状態が、いわゆる 妊娠(にんしん) である。

なお、メスの子宮では卵は作られない。卵を作っている部位は、メスの卵巣である。子宮は、受精卵が育つ場所である。

交尾

オスがメスの子宮に精子を送り込むとき、外から見ると、メスの尻の上にオスがのっかるような姿勢(しせい)になることが多いので、尾のある動物では、オスの尾とメスの尾が交わるような姿勢になることが多いので、このような動物の体内受精の方法を、 交尾(こうび) と言うことがある。ニワトリにかぎらず、陸上生物の、このような体内生殖の行動を、交尾(こうび)という。尾が短い動物の場合でも、子宮に精子を送り込む仕組みで受精を行っている場合には、そのような受精の方法を交尾と呼ぶことがある。


陸上の生物のほとんどの受精は、このようなメスの子宮にオスが精子を送り込む方法で体内受精をする。 鳥類(ちょうるい)、は虫類(はちゅうるい)、ほ乳類(ほにゅうるい)、そのほか昆虫では、オスの精子を、オスのペニスを通して、メスの体内の子宮に送りこむ交尾で、体内受精が行われる。

ニワトリの話に、もどろう。 ニワトリのメスが産む卵には、オスとの交尾によって受精をしている受精卵の場合もあれば、交尾をしないで産んだ無精卵(むせいらん)の場合もある。受精卵でない卵をあっためても、子は生まれない。 ヒヨコになるニワトリの卵は、卵が受精卵の場合だけである。

スーパーマーケットなどで売っているタマゴは、無精卵(むせいらん)である。だから、スーパーで売っていたタマゴをあたためても、トリの子どもは生まれない。

ニワトリに限らず、ほかの鳥でも同様である。受精してない無精卵の卵を、あたためようが、子は生まれない。 受精していない卵からは、どうあがいたところで、子は、かえらないのである。


また、卵は、交尾をしたかどうかは関係がなく、周期的にメスから排出(はいしゅつ)されるのである。こういったメスの体の仕組みがあるので、卵が有精卵の場合もあれば、無精卵の場合もあるのである。なお、メスが、卵巣(らんそう)から卵(たまご)を排出することを 排卵(はいらん) という。

1個の卵にくっつく精子は1個だけである。陸上生物のオスが交尾で放出する精液には、精子がとてもたくさんふくまれているが、交尾で受精できるのは、ふつうは、そのうちの1個の精子だけであり、受精できなかった他の精子は、そのまま死ぬ。

受精卵の場合、ニワトリが体外に排出した受精卵は、母鳥があたためつづけて(約38℃の温度が必要)、だいたい20日くらいで、ふ化をする。

たまごの中には、養分があって、たまごの中の子は、その養分をつかって成長する。


ほ乳類の場合[編集]

ほ乳類とは、具体的に言うと、イヌ(犬)とかネコ(猫)とかウサギ(兎)とかウシ(牛)とかウマ(馬)とかブタ(豚)などである。ヒト、つまり人間も、ほ乳類なのだが、人間の場合は用語が異なるので、ここでは人間をべつにして説明をする。

ひとまず、イヌ(犬)とかネコ(猫)とかウサギ(兎)とかウシ(牛)とかウマ(馬)とかブタ(豚)の生まれ方について説明する。

復習として、まず、鳥の場合は、メスから卵が放出され、その卵が受精卵なら、しばらくして卵から子が、かえるのであった。 ほ乳類の場合の生まれかたは、ちがうのである。

ほ乳類の場合も、子を産む性別はメスである。人間の場合、女でないと、子どもを産めない。お母さんだけしか、子どもを産めない。お父さんは、子どもを産めない。


ほ乳類のように、母親の胎内で受精卵を育ててから産む出産の方法を、胎生(たいせい)という。いっぽう、鳥や魚のように、卵で産む産み方を卵生(らんせい)という。

子ヤギが、母乳を飲む様子。

ほ乳類は、子供を産んだあとに、母親の乳房(「ちぶさ」、あるいは「にゅうぼう」と読む。)から出る乳汁(にゅうじゅう)で育てる。

なお、乳房の数は、動物によって、ちがう。ウシの乳房は4個(2対)、クマの乳房は6個(3対)、イヌは8個(4対)、ネコは10個(5対)、ブタは14個(7対)の乳房が存在する。

発展: さまざまな生き物の生殖について[編集]

発展 ホニュウ類の。くわしい交尾のしくみ
(※ ほぼ、中学以降の保健体育と理科と内容です。)
ホニュウ類の交尾では、オスは、精子をふくんだ精液をメスの体内に送り込む交尾をする。オスが精子を放出する器官は、ペニス(いわゆる「おちんちん」のこと)である。(※ 子どもへの教育的な配慮のため、学校教科書には、これらの具体的な説明画像はありません。)
ホニュウ類のオスの場合は、尿(にょう・・・オシッコのこと)を出す器官と、精液をだす器官が同じである。
しかし、メスの場合、尿を出す器官と、子を生む器官は別の器官である。
メスには、股間(こかん)のあたりに、メスの子宮と、体の表面のをつなぐ管(くだ)のような器官があり、この管のような器官を 膣(ちつ) という。肛門(こうもん、・・・「おしり」のこと)ではない。オスは、この膣(ちつ)の中で精子を放出することで、メスの子宮にオスの精子を流しこみ、こうして受精になる。
誤解のないように言うが、子宮内にはペニスは入らない。ペニスが入るのは膣(ちつ)まで、である。子宮は膣の奥(おく)にあって、ペニスがとどかないし、そもそも子宮の入り口は、せまくて、ペニスは入れない。(※ 小学生は、あまり、深入りしなくてよい。)
ともかく、受精は、メスの体内でおこなわれる。精子は、卵管で、卵(らん)と出会って、卵が受精卵(じゅせいらん)になる。受精卵は、子宮にくっつく。受精卵が子宮にくっつくことを着床(ちゃくしょう)という。これが、いわゆる妊娠(にんしん)である。
受精した受精卵は、メスの体内の子宮の中で、育つのである。

胎児(たいじ)と母親は、 へそのお(へその緒) で、母親と、つながっている。胎児は、へそのおを通じて、母親から栄養や酸素をもらっている。また、胎児の体で、いらなくなった、ろうはい物(ろうはいぶつ、老廃物)や二酸化炭素を母親に送っている。

(※ 「へそのお」の「お」は、漢字では「緒」である。「尾」では無いので、間違えないように。)

なお、血液は、へそのおを、通らない。

ほ乳類の受精卵は、メスの子宮の中で成長し、たい児(たいじ、胎児)になる。
胎児(たいじ)になった子は、もはや、卵の形を、していない。

メスが受精卵を着床してから、子を出産するまでの月日は、動物の種にもよるが、ほ乳類の場合は、だいたい数ヶ月である。

出産までのあいだ、子供が成長するにつれて、母親の腹(はら)も、ふくらむ。

なお、メスの膣(ちつ)は、出産時には 産道(さんどう) として、はたらく。

一回の出産でうむ子供の数は、ほ乳類は少ない。 ウシの場合は、一回の出産でうむ子供の数は、ふつうは1頭である。 ブタの場合は、1頭から10頭くらいまで、まとめてうむことがある。 ネコの場合は、1頭から4頭や8頭くらいまで、まとめてうむことがある。

なお、一度の出産でうむ子の数を、 産子数(さんしすう) という。

いっぽう、ほ乳類以外の、他の生物では、子供の数はどうだろうか。 魚のばあい、一回の産卵でうむ卵の数は、イワシで約8万個であり、フナは約9万個である。 昆虫では、一回の産卵で、数百個まとめて、卵を産む。モンシロチョウやアゲハチョウも、数百個ちかい数の卵をうむ。


一回の出産で動物がうむ卵の数は、その動物が食べられやすい種類の動物であるほど、その種類の動物のメスが、多くの卵をうむ場合が多い。

なお、メスが、一度の産卵あたりに出す卵の数を、 産卵数(さんらんすう) という。


また、ほ乳類の産子数の少なさについては、母親の胎内(たいない)で胎児(たいじ)を育てるので、一度に育てられる胎児の数には、かぎりがあるという理由もあるだろう。


動物や植物などの生き物が、子を産んだり、種子を作ったりして、個体数を増やす行動を生殖(せいしょく)という。

発展: 有性生殖と無性生殖[編集]

(※ 発展的な事項です。中学校の範囲です。この「有性生殖と無性生殖」の節が、読んでみて分かりづらければ、次の節へと進んでください。)

全ての生き物が、性別をもっているかというと、じつはそうではない。性別を持たない種類の生き物も、存在する。

また、性別によらない生殖の方法をとる生き物も、いる。 たとえばアメーバという微生物は、体が2個に別れる 分裂(ぶんれつ) によって数を増やす。 ほかにも、ヒドラという動物は、 出芽(しゅつが) と言って、体の一部がふくらんだあとに分離して、別の個体になる。

このような、性別を利用しない生殖の方法を 無性生殖(むせいせいしょく) という。くわしくは中学校以上で習う。 小学校の段階では、生殖には、性別をともなわない生殖方法をとる生物も、地球上には存在することを知っていれば、じゅうぶんだろう。

いっぽう、性別をともなう生殖の方法を 有性生殖(ゆうせいせいしょく) という。 精子と卵が受精する方式の生殖の方法は、有性生殖である。 人間の生殖の方法も、有性生殖である。ほ乳類の生殖の方法は、有性生殖である。魚類や両生類、は虫類、鳥類、の生殖も有性生殖である。

植物などの、おしべの花粉と、めしべの柱頭との受粉も、有性生殖である。

人間は、無性生殖では、個体数を増やせない。人間が数を増やす方法は、有性生殖のみである。 他のほ乳類でも同様に、無性生殖では、個体数を増やせない。ほとんどのセキツイ動物は、有性生殖のみでしか、個体数を増やせない。 虫や昆虫も、ほとんどは、有性生殖でしか、個体数を増やせない。

ただし、生物の中には、有性生殖と無性生殖の両方で、個体数をふやせる物もある。たとえばミズクラゲは、有性生殖と無性生殖の両方で、個体数をふやせる。 ほかにも、シダ植物は、有性生殖と無性生殖の両方を行なう。

無性生殖で増える個体は、親と子が、ほとんど同じ特徴も持つ。このため、もし、その生物のまわりの環境(かんきょう)が、その種の生物に不利なように環境が変わると、集団のすべてが淘汰されてしまいやすく、変化に弱い。無性生殖を行なう生き物は、栄養と水や空気などさえあれば、簡単に行えるので、個体数が急激に増えやすい。

いっぽう、有性生殖で増える生き物は、父親と母親との組み合わせで子の特ちょうが変わってくるので、個体の特ちょうは、個体ごとに多様である。また、同じ父親と母親の組み合わせでも、精子と卵の特ちょうが、精子の1個ごとに特徴がちがい、卵の1個ごとに特徴がちがうので,その精子と卵の組み合わせしだいで、子供の特ちょうは、それぞれ、ちがってくる。

したがって、有性生殖では、子の特ちょうは、子供ごとにちがう。また、親と子供は、違った特ちょうを持つ。 無性生殖では、親とまったく同じ性質を持った子ができるが、有性生殖では、親とまったく同じ特徴の子はできない。

なので、有性生殖では、もし環境の変化があっても、その環境に合った特徴を持った個体がいれば、その個体は生き残りやすいという特徴がある。

では、なぜ、有性生殖だと、精子の特ちょうや卵の特ちょうが、1個ずつ変わってくるのだろうか。そもそも精子や卵の、中の仕組みは、どうなってるのだろうか。

それらは中学や高校で習う。小学校の段階では、「有性生殖を行なう生き物は、環境の変化に強い。」と知っていれば、じゅうぶんに詳しいだろう。

流れる水の力[編集]

※ この節では、川の流れのしくみについて説明しています。川や川の近くは、キケンな場所です。なので、小学生の読者のかたが、もし川を観察しに行く場合は、必ず保護者または先生に許可をとってから、保護者など大人の人といっしょに、川に出かけるようにしてください。けっして、子供どうしでは、あるいは一人では、川に出かけないでください。
川での実験や観測は、読者の自己責任(じこせきにん)です。
ウィキブックスには免責事項(めんせきじこう)があり、万が一、読者が水難事故にあわれても、ウィキブックスの一同は、一切の責任は取りません。ページ末の免責事項についても、お読みください。


川の周りには石が転がっていますね。それは、川の流れにのって石が運ばれてくるからです。
ここでは、流れる水の影響を学びます。

流れる水のはたらき[編集]

流れる水は、土や砂などを、おしながす・けずりとる・つもらせるの三つのはたらきがあり、頭文字をとってサルのおけつと覚えることができます。

水たまり

たとえば雨が降った日の水たまりなどをみると、最初は水がたまっていくだけですが、そのうち、水たまりから水があふれて、高いところから低いところに流れていき、とても小さな川のようになります。また、水たまりがいくつもあるので、小さな川もつながっていき、水たまりだったところも、いくつかつながっていきます。 雨が上がってから、水が流れていた水たまりからつくられた小さな流れのあった場所を見ると分かるのですが、流れのあたっところが、けずりとられて、くぼんでいきます。

雨の日の、土の上に出きた水たまりや水の流れなどでは、水が土をけずりとっているので、水はちゃいろく、にごっています。

流れていった雨水や、水たまりにあった水は、そのあと、どこへ行くかというと、地下にしみこんで行ったり、あるいは、溝などに流れこんだりします。


雨の日の水たまりからも、「おしながす・けずりとる・つもらせる」の三つの作用が確認できます。 流れる水が地面を、けずり取る作用を しん食(しんしょく、侵食) と言います。

けずり取られた土や砂は、そのまま流れによって下流へと運ばれていきますが、この運ぶ作用を運ぱん(うんぱん、運搬)といいます。

この運ぱんは、水の流れが速いほど、大きな物が運べるようになります。水の流れがおそい場所では、運べなくなるので、その場所に、運んできた物が、たまっていきます。この、流れがおそい場所に、物がたまる作用を たい積(たいせき、堆積) と言います。


けずる作用も、運ぶ作用も、流れが速いほど、強くなります。

川の様子[編集]

鴨川(左)と、高野川(右)

川の中での砂や石は、大きさや重さによって、流され方が、ちがう。砂と石なら、砂のほうが流されやすい。このように、つぶが小さな物ほど、ながされやすい。

ねん土(ねんど、粘土)は、つぶ自体は細かいので、かわいた粘土や、固まっていない粘土は、流されやすいです。

石でも、小石と大きな石だったら、小さい石ほど流されやすいです。

川には、曲がっているところがある場合もあります。曲がっている川では、外側ほど流れが速く、内側は流れがおそいです。

このため、外側は、しん食によってけずられるので、がけのように水深が深くなっています。いっぽう、内側は、たい積によって、石や砂や粘土がつもっています。このようにして、川の曲がりの内側では、川原(かわら)ができやすいです。

  • 上流
V字谷。グランドキャニオン オブ ザ イエローストーン(アメリカ合衆国イエローストーン国立公園)

川に限らず、流れている物について、流れが始まっている場所を 上流(じょうりゅう) と言います。 たとえば、山から低地へと流れている川だったら、川の上流は、山のほうにあります。

日本の場合、ふつうの川では、川の上流へと、たどっていけば、もっとも上流の場所は、山地です。

このため、川の上流は、かたむきが急で、流れが速いです。水の量は、下流と比べて、上流は少ないです。

上流にある石は、角ばった石が多いです。石は、下流へと近づくに連れて、流れの途中に、石どうしでぶつかったりして、かどが削り取られて丸く小さくなっていきますが、上流ではまだ削られてはいないので、石は角張っていて大きいです。

V字谷 という地形ができやすい。


扇状地
  • 中流

川が、山から平地に出たあたりを川の中流(ちゅうりゅう)と言います。 中流にある石は、丸まった石が多いです。これは運ぱんのさい中に、石のかどが、石どうしでぶつかったりして、削り取られているからです。 中流での石の大きさも、上流よりかは小さいのが、ふつうです。

また、中流では流れが、ゆるやかになるので、たい積作用も見られやすく、川原がある場合もあります。

川が山地から平地に出た地域の周辺では、土砂などが山側を中心に平地側へ扇状に広がって、たい積した 扇状地(せんじょうち) という地形ができやすいです。

雲出川の三角州(香良洲町)
  • 下流

下流では、流れが遅くなり、たい積作用が強まります。また下流での石は、小さく丸い石が多いです。 下流に近づくほど、水量は多くなり、川幅(かわはば)もひろくなります。

地形として、川の下流の周辺では、三角州(さんかくす)という地形ができやすい。


  • 三日月湖
北海道 雨竜郡 雨竜町にある三日月湖。1977年撮影。国土交通省『国土画像情報(カラー空中写真)』より作成。

川は、ふつうは、まっすぐではなく、カーブしているのが、ふつうです。川は、カーブの外側にちかいほど、川の流れ早くて侵食がすすむので、ますますカーブが、はげしくなっていく場合があります。カーブの内側にちかいほうも、たい積が行われるために、ますますカーブが、はげしくなっていきます。

そして、カーブがきつくなりすぎると、そのカーブは、川の本流から外れて、湖になってしまいます。この外れた湖は、カーブをしているので三日月形なので 三日月湖(みかづき こ) といいます。

川の水量が増えると[編集]

ものがとけるようす[編集]

コップの水に塩をいれてみます。塩は見えなくなってしまいました。塩はなくなってしまったのでしょうか。
ここでは、コップに入れたものがどうなったのかなどを学びます。

4年までの復習[編集]

(※ この復習の節では、水の体積のはかり方などを説明します。わかっている人は、つぎの「ものを水にとかす」の節へ進んでください。)
水の、はかりかた
リットルと、立方(りっぽう)センチメートルとの、かんけい。

水や、サラダ油(サラダあぶら)のような、液体(えきたい)の大きさをはかるたんい(単位)として、リットルというたんい(単位)があります。 1リットルは体積(たいせき)の単位(たんい)です。 1辺が10センチメートルの立方体の体積とおなじです。つまり、1リットルは、1000cm3 ( = 1000立方センチメートル)です。

( 1000cm3 = 10cm ×10cm ×10cm  )

水の体積をはかる時には、リットルの単位を使います。

リットルは記号で L と書きますす。 たとえば 2L は、2リットルのことです。

液体の体積は、よく使われる量なので、リットルという単位が、立方センチメートルとは、べつの単位として、用意されています。固体の体積をはかる場合には、リットルは、あまり使いません。固体の体積は、cm3 (立方センチメートル)ではかります。 なので、固体の体積をはかる場合に、水に固体を沈めて(しずめて)、体積の変化を見て、固体の体積をはかった場合は、あとで体積をリットルから立方センチメートルに、換算(かんさん)します。

液体の体積をはかる時は、リットルを用いても、かまいません。

1リットルの水のおもさは、1000グラムになります。重さの単位をキログラムにすれば、水が1リットルの時の重さは、1キログラムです。(1000グラムは1キログラムです。 1000g = 1kg です。)

油(あぶら)などの、水以外(みず いがい)の液体だと、1リットルの重さは、ちがう重さになります。

1リットルだと、はかりたい物に対して、大きすぎる場合(ばあい)があるので、リットルの10分の1の単位である、デシリットルという、単位をつかいます。 デシリットルは、記号で dL と書きます。

1リットル10デシリットルです。単位をcm3 (立方センチメートル)に換算すれば、1dLは100cm3です。

式で、1Lと1dLの関係を書くと、

10dL = 1L

です。

ミリリットルという単位もあります。 1ミリリットルは、1リットルの千分の1です。ミリリットルを記号で書くと mL になります。 つまり、1000mL = 1L です。

100mLは、1dL(デシリットル)です。


理科の実験で、液体を使う場合は、ビーカーやフラスコという、容器(ようき)を使う場合があります。 このビーカーやフラスコには、液体の量(りょう)を、分かりやすくするために、目盛り(めもり)が書かれている場合があります。


水の性質(せいしつ)

水をいれたピストンを押しても、水はちぢみません。

ものを水にとかす[編集]

  • 水溶液(すいようえき)

水は、食塩(しょくえん)や、砂糖(さとう)などを、溶かせます(とかせます)。食塩というのは、「しお」のことです。なめると、しょっぱい、「しお」のことを、理科では 食塩(しょくえん) といいます。

砂糖(さとう)とは、なめると、あまいあじのする、あの「さとう」のことです。

「水に溶ける」というのは、食塩を水に入れて、かきまぜると、目に見えなくなります。

物(もの)によっては、水に溶けない物もあります。水に木をいれても、木はとけません。鉄う銅を水に入れても、溶けません。 (金属を入れた水は、けっして、飲まないでください。)


水(みず)に、食塩(しょくえん)をとかして、食塩水(しょくえんすい)を作っているときの、ようす。

実験は、無理して、実験しなくてもいいです。

このように、物がとけた水のことを、 水溶液(すいようえき) といいます。

塩が溶けた水は、塩の水溶液です。砂糖が溶けた水は、砂糖の水溶液です。

ともかく、水は、塩や砂糖などを、とかせます。

食塩(しょくえん)がとけた水(みず)のことを、 食塩水しょくえんすい) といいます。

海(うみ)の水(みず)が、しょっぱいのは、海の水の中に、食塩が、とけているからです。 なお、海の水のことを海水(かいすい)と、いいます。


水に、物を溶かしたら、その溶かした量(りょう)の重さのぶんだけ、水溶液(すいようえき)は、重くなります。 たとえば、500グラムの、なにも溶かしていない水に、これから20gの塩(しお)を、溶かしたとしましょう。すると、食塩水の重さは、全部で520gになります。この増えた20gのぶんは、溶かした塩の重さと同じですね。

溶かしたものは、べつに、消えてなくなったわけではありません。消えたのではなく、人間の目には見えなくなったというだけです。

また、水に、物を溶かしても、水溶液の体積(たいせき)は、変わりません。


体積が一定の水は、塩や砂糖など、溶かせる物の量(りょう)に、かぎりがあります。

水に、これ以上は、物が溶けなくなったことを、「水が、 ほうわ(飽和) した。」というふうにいいます。


水溶液は、透明(「とうめい」、・・・すきとおっている、ということ。)です。

水溶液の、温度があまり変わらなければ、長い時間がたっても、水溶液は、透明のままです。


のう度(のうど)

飽和していない水溶液をかき混ぜて、完全に溶けきった水溶液は、水の、どの部分でも、同じ割合で、物が溶けています。

なので、溶かした物の重さを、水溶液の重さで割ると、水溶液にふくまれている、溶かしたものの割り合いを知ることができます。

この、溶かしたものの割合を、 のう度(のうど、濃度) といいます。


ろ紙

水よう液にとけた物を、ろ紙にとおすと、水と一緒に、溶けたものも、ろ紙(ろし)を通ります。水に、とけていない物は、ろ紙を、とおりません。

水に多くの物が混ざって(まざって)いるとき、このように、ろ紙をもちいて、水に溶けている物と、水に解けていない物とを、分けることができます。この、ろ紙を用いて、水に溶けたものだけをふくんだ水を作り出すことを、 ろ過(ろか) といいます。

ろ過の方法については、学校の教科書などを読んで、調べてください。

ものを水にとかせる、物の量[編集]

水に溶かせる物の量(りょう)は、水の量が多いほど、溶かせる物の量も多くなります。 水の量を2倍にすれば、とける食塩の量も2倍になります。


とかされる物の種類によって、水の量が同じでも、溶ける物の量は、かわります。 たとえば、20℃の水が、なにもとかしていない水だとして、100g(= 100グラム)があったとします。この100gの水に、砂糖(さとう)は200gくらいまで、とけます。

おなじ量の、20℃の、まだ、なにもとかしていない水100gには、塩は、これから37gくらいまで、とけます。


また、水の温度が高いほど、ほとんどの物質で、水に溶かせる物の量は増えます。

いろいろな固体(こたい)の、溶解度曲線(ようかいど きょくせん)

溶かすものによって、温度を高くした時の、溶かせる量の増え方には、ちがいがあります。

食塩は、水の温度を高くしても、溶ける量は増えるのですが、温度を高くしても、食塩の溶ける量が、あまり多くは増えまえん。

砂糖(さとう)や、ホウ酸(ホウさん)は、温度を上げると、水に溶ける量は、大きく増えます。

石灰水(せっかいすい)というものにふくまれている、水酸化カルシウム(すいさんかカルシウム)は、温度を上げると、逆に、水に溶ける量がへります。

ある物体の、一定の量の水に、とける量の限度を 溶解度(ようかいど) といいます。

いろいろな固体の、水100gに溶ける溶解度(g)
 温度(℃)   0   20   40   60   80   100 
 砂糖   179   204   238   287   362   485 
 塩化ナトリウム 
 (食塩) 
 35.6   35.8   36.3   37.1   38.0   39.3 
 硝酸カリウム   13.3   31.6   63.9   110   169   246 
 ホウ酸   2.7   5.0   8.7   14.8   23.6   40.3 
 硫酸銅   14.3   20.7   28.5   40.0   55.0   75.4 
 水酸化カルシウム   0.14   0.13   0.11   0.09   0.07   0.05 
純水(じゅんすい)

まだ、なにも、とかしていない水を、 純水(じゅんすい) といいます。「まじりけのない、水(みず)」という意味です。 水溶液は、純水では、ありません。 食塩水や砂糖水は、純水ではありません。 ホウ酸や、水酸化カルシウムをとかした水溶液も、純水では、ありません。

水道水(すいどうすい)にも、消毒(しょうどく)のため、じつは薬品(やくひん)が、とかしてあります。ですが、小学校での理科の実験では、理科室の水道水は、純水としてあつかっても、問題はありません。

純水に溶かせるものは、液体だけでは、ありません。気体も、純水に溶かせることができます。炭酸水(たんさんすい)は、二酸化炭素(にさんかたんそ)が、水に溶けた水溶液です。

飲料水のコーラやラムネ水が甘い(あまい)のは、水溶液に、砂糖(さとう)が、くわえてあるからです。二酸化炭素そのものは、あまくはありません。

また、エラ呼吸をしている魚類は、水に溶けた酸素を、エラを使って、水にとけた酸素を吸収して、呼吸しています。

とかしたものを取り出す[編集]

※ この分野では、火を使います。あぶないので、小学生は、家庭では、実験しないでください。この分野の実験は、学校の理科の授業で、おこなってください。

ろ紙を使った「ろ過」(ろか)によって、水にとけていないものは、水からは、取り出すことができます。 しかし、水に溶けたものは、とりだすことができません。ろ過して、つくった液体は、水溶液であって、純水ではありません。

では、水溶液から、溶けた物を取り出すのは、どうすればいいのでしょうか。方法は、いろいろとありますが、ここでは、蒸発(じょうはつ)をつかった方法を、教えます。蒸発(じょうはつ)については、小学校4年で教えているので、分からなかったら、読み返してください。

食塩水から、食塩を取り出す方法を説明します。

水は、100℃にすると、沸騰(ふっとう)して、水が水蒸気(すいじょうき)になって、たくさん蒸発(じょうはつ)します。

蒸発皿(じょうはつざら)の中の水を熱して、100℃くらいにして、蒸発させれば、蒸発によって、蒸発皿の中の水は、水蒸気になって、外に出ていきます。しかし、水に溶けた食塩は、出て行きません。 だから、蒸発皿の中に、食塩が、のこります。

食塩水だけではなく、ホウ酸(ホウさん)の場合も、蒸発によって、水溶液から取り出すことができます。


いっぽう、気体の二酸化炭素がとけている炭酸水を蒸発させても、二酸化炭素は蒸発皿の中には、のこりません。

砂糖水は、加熱では、蒸発させないでください。砂糖が、燃えたり(もえたり)、こげたりしてしまいます。


蒸発(じょうはつ)というのは、なにも、100℃くらいで沸騰させなくても、それよりひくい温度でも、おこるのでしたよね。 洗濯物(せんたくもの)が、かわくのも、蒸発(じょうはつ)でしたね。

塩田
塩田

海の水には、食塩が、溶けていましたね。

だったら、海の水を、あたたかい日に、日光で蒸発させれば、海水から食塩が、多く、手に入ります。 このように、海水を蒸発させて食塩を手に入れるための場所を 塩田(えんでん) といいます。


結晶(けっしょう)

食塩水を、蒸発皿で蒸発させると、皿の中に、白い、つぶつぶが、のこります。 この白いつぶつぶは食塩です。蒸発皿を、さましてから、この蒸発皿にのこった、食塩の白いつぶつぶを顕微鏡で見ると、四角い立方体のような形をしていて、透明です。

このように、水溶液から、液体を蒸発させて、とりだした固体は、規則ただしい形をしています。この顕微鏡で見られる規則ただしい形の固体を、 結晶(けっしょう) と言います。

結晶の形は、物の種類によって、ちがってきます。食塩の結晶と、ミョウバンの結晶は、べつの形です。

結晶の写真については、教科書や参考書や、ほかのウェブサイトを、参考にしてください。

顕微鏡のつかいかたについては、学校で、習ってください。


蒸留(じょうりゅう)

食塩の水溶液を考える。

食塩水を加熱すると、沸とう(ふっとう)で発生する水蒸気(すいじょうき)は、水だけをふくむ純粋な水蒸気です。水蒸気には、塩は、ふくまれていません。

なので、この蒸気を、あつめて、ひやして水にすれば、食塩のまじっていない純粋(じゅんすい)な水ができます。 このように、蒸発(じょうはつ)を利用して、溶液(ようえき)から溶けている物をとりのぞき、まじりけのない水だけを手に入れる方法を 蒸留(じょうりゅう) と、いいます。


溶質(ようしつ)

食塩水では、食塩が溶かされている物です。食塩が溶けている、とも言えますね。

砂糖水では、砂糖が、溶かされている物です。砂糖が、砂糖水に、溶けている、とも言えますね。

砂糖水での、砂糖のように、水に溶けている物質を 溶質(ようしつ) といいます。溶けている物質(ぶっしつ)だから、溶質といいます。水は、溶質ではありません。

食塩水では、食塩が溶質(ようしつ)です。食塩水での、水は、溶質では、ありません。食塩水では、食塩だけが、溶質です。

純水に、食塩と砂糖をまぜて、とかしたとしたら、食塩と砂糖が、溶質になります。水は、溶質では、ありません。


水のように溶質を溶かしている液体については 溶ばい(ようばい、溶媒) といいます。食塩水の溶ばいは、水です。食塩水では、食塩は、溶ばいでは、ありません。砂糖水では水が溶ばいです。砂糖水での、砂糖は溶媒では、ありません。

水溶液の溶媒は水です。水溶液は、溶媒と溶質からなります。

溶質が含まれていないということは、なにも溶かしていないということなので、溶質を含んでいない純水は、水溶液ではありません。


  • 水溶液の浮力(ふりょく)
死海(しかい)で、うかびながら新聞を読む人
死海の岸に打ちあげられた塩

液体に、とけない物をいれたときの 浮力(ふりょく) は、じつは、重さに比例(ひれい)します。

だから、水溶液は、浮力が純水よりも大きいです。


地中海の近くの内陸に、死海(しかい)という湖(みずうみ)があります。この死海は、塩分の濃度がとても高く、ふつうの海の10倍ちかい塩分濃度です。そのため、魚もすめません。なので「死海」(Dead Sea)と言う名前がついています。

この死海のある地域は、雨が少ないですが、気温があついです。なので、湖からは水が多く蒸発します。

食塩水が蒸発して、水蒸気が空気中に 散って(ちって)いっても、塩は 湖の中に のこります。なので、死海では、蒸発によって、塩分濃度が高くなるのです。

死海では、塩分濃度がとても高いので、ものをうかせる浮力も、ふつうの海よりも大きいのです。


  • 水溶液の沸点(ふってん)と凝固点(ぎょうこてん)

水の沸点の温度は、じつは水溶液と純水とでは、ちがいます。塩などの固体を溶かした水溶液は、沸点が高くなります。 水溶液の沸点を「100℃くらい」と、わざわざ「くらい」をつけたのは、こういった理由があるからです。

水溶液の沸点が、純水よりも上がっているという、この現象(げんしょう)を、 沸点上昇(ふってんじょうしょう) といいます。 小学校では、沸点上昇は、おぼえなくても、大丈夫だと思います。

物を溶かした量によって、多く溶かせばとかすほど、沸点はあがっていきます。どこまで上がるのかというと、とかした量にもよりますが、だいたい105℃くらいまでは、沸点が上がると思っていいでしょう。溶かした量によって、沸点上昇が決まると言いましたが、くわしく言うと、 濃度(のうど) によって、沸点上昇での沸点の上がり方は、きまります。

また、砂糖水と食塩水は、同じ濃度でも、沸点のあがりかたが、ちがってきます。溶かした物の種類によって、沸点の上がり方は、ちがいます。

「沸点が上がる」と聞けば、「では、水溶液を、こおらした場合は、どうなるのか。」と、疑問(ぎもん)を、もつ人もいるでしょう。

じつは、水溶液は、水(みず)がこおりになる凝固点(ぎょうこてん)が、下がります。 純水は、0℃で、こおりますが、たとえば食塩水は、0℃では、こおりません。砂糖水でも、同じように凝固点が下がります。 海水は、0℃では、こおりません。

このような、水溶液の、ぎょう固点が下がる現象を、 凝固点降下(ぎょうこてんこうか) といいます。 小学校では、凝固点降下は、おぼえなくても、大丈夫だと思います。

溶かした物の量によって、凝固点降下(ぎょうこてんこうか)で下がる、凝固点の温度は決まります。

くわしく言うと、濃度(のうど)によって、ぎょう固点こう下での、ぎょう固点の下がり方は、きまります。

また、砂糖水と食塩水は、同じ濃度でも、ぎょう固点のあがりかたが、ちがってきます。溶かした物の種類によって、ぎょう固点の下が方は、ちがいます。

水溶液は、ふっ点は上がるのに、ぎょう固点は下がるというのは、一見(いっけん)すると、おかしなようにも思えますが、じつは、「水溶液は、液体でいられる温度が、広くなる。」と考えると、つじつまが合います。

水溶液には、このような、沸点(ふってん)の変化や、凝固点(ぎょうこてん)の変化があります。なので、学校の授業で、水溶液の沸騰や凝固の実験をするときには、水溶液の沸点や凝固点は、純水の沸点や凝固点とは温度が変わります。

酸(さん)とアルカリ[編集]

酸(さん)と酸性(さんせい)[編集]

※ 酸については、西暦2013年の現在では、5年生では、あつかいません。6年になったときの学習の負担を減らす目的として、6年の内容の一部を紹介します。
また、この分野の実験は、きけんです。学校の理科の授業以外では、実験しないでください。


リトマス紙

酢酸(さくさん)の水溶液は、つぎのような性質を示す。

  • リトマス紙(リトマスし)という紙の「青色リトマス紙」(あおいろリトマスし)を、赤色に変える。
  • 「BTB液」(ビーティービーえき)という溶液を加えると、赤色になる。

このような性質を酸性(さんせい)という。また、酸性を示す物質を (さん) という。

リトマス紙の酸性の反応を覚えるには、「おかあさん」と、覚えます。「おかあさん」の「お」は、「あお」の「お」です。「おかあさん」の「か」は、「あか」の「か」です。「おかあさん」の「さん」は、「さん」(酸)の「さん」です。

酸(さん)には、酢酸のほかにも、塩酸(えんさん)や硫酸(りゅうさん)などの強い酸もある。本節では、安全のため、あまり強くない酢酸について、教えます。

塩酸や硫酸は、とても酸の性質が強くて、そのため、とてもあぶないです。けっして、塩酸や硫酸を、かってに使ってはいけません。


主な酸

おもな酸には、塩酸(えんさん)、酢酸(さくさん)、炭酸(たんさん)、硫酸(りゅうさん)などがある。ミカンなどの柑橘類に含まれるクエン酸や、食用油などに含まれるオレイン酸も酸である。

  • 塩酸(えんさん)

塩酸とは、 塩化水素(えんかすいそ) という気体が溶けた水溶液である。 無色透明の水溶液である。強い酸性を示す。

においは、刺激臭が有る。この刺激臭は塩化水素の蒸気のにおいである。

(※ 注意:塩酸のにおいをかぐ時は、けっして直接はかがずに、塩酸の蒸気を手であおいだり鼻に風を送ったりして、間接的に、においをかぐ。)


  • 酢酸(さくさん)

食用の酢酸水である 食酢(しょくさく) には、酢酸が3%〜5%ほど含まれている。 刺激臭が有る。 濃い酢酸は、寒くなると凍る。凍った酢酸を 氷酢酸(ひょうさくさん) という。

  • 炭酸(たんさん)

二酸化炭素の水溶液です。


塩酸や硫酸などの強い酸は、危険(きけん)であり、取り扱いには注意を要する。皮膚などにつかないように注意する。 もし、実験の失敗などで、これらの酸の濃い酸が体にかかったり、大量の酸がかかったら、実験を中断し、すぐに大量の純水で洗い、先生や大人に相談すること。

注意するのは、酸の液体だけでなく、酸の液体から発する蒸気なども、注意すること。蒸気を、かぎすぎないようにすること。また、目に入らないようにすること。


アルカリ[編集]

水酸化カルシウム水溶液(石灰水のことです)は、つぎのような性質を示す。

  • 赤色リトマス紙の色を、青色に変える。
  • BTB液を加えると青色になる。
  • 水溶液に「フェノールフタレイン溶液」を加えると、赤色に変わる。

このような性質を アルカリ性 または 塩基性(えんきせい) とよぶ。また、水溶液がアルカリ性を示す物質のことを アルカリ という。

アルカリの中にはタンパク質や脂肪などを溶かすものもあり、皮膚などを溶かし、強いアルカリや濃いアルカリの中には危険な物もある。取り扱いには注意すること。皮膚などにアルカリをつけないようにする。もしアルカリが目に入った場合は、すぐに大量の純水で洗い流し、先生や大人に連絡をして、必要(ひつよう)におうじて保険医などに診察してもらうこと。

注意するのは、アルカリの液体だけでなく、アルカリの液体から発する蒸気なども、注意すること。蒸気を、かぎすぎないようにすること。また、目に入らないようにすること。


リトマス紙のアルカリ性の反応を覚えるには、「顔(かお)が、ある」と、覚えます。「かおが、ある」の「か」は、「あか」の「か」です。「かおが、ある」の「お」は、「あお」の「お」です。「かおが、ある」の「ある」は、「アルカリ」の「アル」です。


主なアルカリ
  • 水酸化カルシウム

消石灰のことである。

白色の固体である。
水には溶けにくいものの、溶ける。水酸化カルシウムの水溶液を 石灰水(せっかいすい) という。
石灰水に二酸化炭素を吹き込むと、白い沈殿物が生じる。この現象はよく、気体の種類が二酸化炭素であるかどうかを調べる手法に利用されます。
  • 水酸化ナトリウム

水酸化ナトリウムは、強いアルカリ性を示す。なので取り扱いには気をつけること。

白色で半透明の固体である。
空気中に放置しておくと、空気中の水分を吸収し溶ける。この現象を 潮解(ちょうかい) という。
アルミニウムを溶かす性質が有る。
強いアルカリ性のため、タンパク質や脂肪などを溶かす。
  • アンモニア

アンモニアの水溶液を アンモニア水(アンモニアすい) という。

刺激臭が有る。

中性[編集]

酸性でもなく、アルカリ性でもない性質を中性という。純水は中性です。 水溶液が中性をしめす物質は多くあるが、例を上げると、食塩水や砂糖水は中性です。リトマス紙に中性の水溶液をつけても、色は変わりません。

中和[編集]

ある物質の水溶液を作ったとき、その水溶液が酸性またはアルカリ性などの性質を持つことがある。これは各々の溶質の性質である。例えば、二酸化炭素の水溶液は酸性であり、アンモニアの水溶液はアルカリ性である。いっぽう、酸性でもアルカリ性でも無い水溶液を中性の水溶液と呼ぶ。

酸性とアルカリ性は互いに反対の性質であり、両者を混ぜた水溶液を作ると、その水溶液は中性に近づく。この反応を 中和(ちゅうわ) と呼びます。酸とアルカリが中和した際には水が生じる。

PH[編集]

水溶液の酸性やアルカリ性の強さを表す値(「あたい」または「ち」と読む)を pH (ピーエイチ、もしくはペーハー) と呼ぶ。pHがpH=7のとき溶液は中性であり、pHが小さくなるほど溶液は酸性に近づく。一般に、pH=0で最も強い酸性である。またpHが大きくなるほど、溶液はアルカリ性に近づく。一般に、pH=14が最も強いアルカリ性である。pHは普通、0から14の範囲内である。

「ペーハー」という読みかたは、ドイツ語での読みかたです。ピーエイチという読みかたは、英語での読みかたです。


pH指示薬(ペーハーしじやく)
※ つよい酸やアルカリの実験は、きけんです。家庭では、実験はしないでください。この節の内容は、知識として知っていれば、じゅうぶんです。酸とアルカリの実験は、おそらく6年の理科で習うと思います。

物質の中には、水溶液に接触させた時に、水溶液のpHの値によって色が変化するものがある。このような物質はpHを調べるのに用いることができるので、これらの物質のうちpHを調べる物質として実用化されている物質を pH指示薬(ペーハーしじやく) という。いわゆるリトマス試験紙(リトマスしけんし)も、pH指示薬に含まれる。またリトマス試験紙のように、pH指示薬を試験用の紙に染み込ませて(しみこませて)、用いる事が多い。このようなpH指示薬を染み込ませてある紙を pH試験紙(ペーハーしけんし) という。

リトマス紙やBTB溶液やフェノールフタレイン溶液は、 pH指示薬(ペーハーしじやく) です。pH指示薬には、他にもメチルオレンジなどがあります。

pH指示薬は、その物質によって、色を変えるpHの範囲が限られている。たとえば、メチルオレンジはpH=3.1以下では赤色で、そこからpHが高くなると黄色味を増していき、pH=4.4ではオレンジ色である。pH=4.4より高いpHではオレンジ色のままで、ほとんど色が同じなので、このpHの範囲では指示薬として用いられない。 なお、このように指示薬の色が変わるpHの範囲を 変色域(へんしょくいき) と言う。

※ 酸(さん)とアルカリについては、6年生で、くわしく教わります。この章の酸とアルカリについての内容が分からなくても、気にせず、次の節に、すすんでください。

おもりのはたらき[編集]

公園などで見られるシーソーは、てこの例である。

ものの重さをくらべるときは、てこを利用して、はかることができます。

シーソーはまんなかに、ぼうを支えているところがありますね。この棒が、シーソーの回転の中心になりますね。このように、てこの回転の中心になっている場所を、支点(してん)といいます。

「てこ」の概略図(がいりゃくず)。三角形のところが支点に相当する。
じっさいに、この形だと、支点の上の板がすべってしまうので、実物のてこでは、すべらないように、固定してある。

てこがつりあっている時、うでの長さと物の重さをかけた量が、支点の左右で同じ大きさになっています。 このしくみをりようすると、おもさを比べることができます。 うでのながさを左右でおなじにすれば、物の重さがおなじときに、つりあいます。

てこの原理によるつりあいを利用して、おもさをはかるものが 天びん(てんびん) です。

てんびん
上皿天びん

重さを、正確(せいかく)に、はかるときは、上皿天びん(うわざらてんびん)などの天びん(てんびん)を用います。 ものは、重力(じゅうりょく)という力によって、下にひっぱられます。・・・と、言うよりも、むしろ、重力が引っ張る方向をもとにして、わたしたち人間は「重力で引っ張られる方向を、下と言おう。」と思っているのです。重力のことを引力(いんりょく)という場合もあります。地球と物とが引き合う力だからです。

じつは、重力のつよさは、地球上でも、地域によって、大きさが少しだけことなります。たとえば東京都と、アメリカのワシントンでは、じつは重力のつよさが、ほんの少しだけ、ちがっています。同じ物でも、地域によって、ほんのすこしだけ、重力によって下に引っ張る力がちがっていることが、わかっています。なので、世界中のどこでも通用するように、正確に重さをはかりたいときは、天びんを使って、重さを比べる必要があるのです。

上皿天びんに、分銅(ふんどう)をのせている図。
図では、薬包紙が見えませんが、理科の実験では、粉を乗せる時は薬包紙を使ってください。
上皿天びんの、つかいかた

物の重さをはかる場合は、片側に、重さをはかりたい物をのせ、その反対側に分銅(ふんどう)を載せる(のせる)。分銅が、重さの基準(きじゅん)です。

両方の皿のつりあいを見て、おもさを判断(はんだん)する仕組み(しくみ)です。

なので、皿に物を乗せる前に、両方の皿が釣り合っているかどうかを確認する必要があります。 もし、つりあっていなかったら、天びん本体に、調整(ちょうせい)のためのネジが付いているので、それをつかって両方の皿が、つり合うように調整してから、皿に物を乗せます。

粉末(ふんまつ)などの重さを、はかる場合は、粉末がこぼれたりしないように薬包紙(やくほうし)を用います。 この場合は、薬包紙を分銅をのせる側の皿にも置いた上で、つりあいの調整を施します。

分銅(ふんどう)は、直接には、手で触らないようにします。

手のあぶらが分銅につくと、そのあぶらの重さが分銅(ふんどう)にくわわり、重さが変わってしまうからである。 学校で使う、上皿天びんには、ピンセットが天びんの分銅のケースについていることが多いので、その付属(ふぞく)のピンセットを用います。

左の天びんのイラストを見ると、支点の上に、たて方向に数本の線が描かれたものがありますね。これは、目盛り(めもり)です。天びんがつりあっているときは、この目盛りのまんなかに、「はり」が来ます。上皿天びんで重さを比べる時は、この目盛りを見ることで、つりあいの確認(かくにん)をします。目盛りの針が左に寄ってる時は、左側の皿にのってる物が重たいです。目盛りの針が右に寄ってる時は、右側の皿にのってる物が重たいです。

ふりことおもりの重さ・ふれはば[編集]

ふりこ。
下のふりこだけを見てください。上のだ円は、気にしないでください。

おもりを糸につけて横にふると、なんだか規則的(きそくてき)な動きかたをします。ふりことは、おもりに糸をつけて、左右にふらしたものです。ここでは、ふりこについて学びます。

ふりこの長さ。
  • ふりこの長さ

糸をまっすぐのばしたときの、支点と重りのあいだの長さを、ふりこの長さといいます。 おもりをたらせば、おもりにかかる重力で、糸はまっすぐにのびるので、かんたんに、はかれますね。


The-amplitude-of-the-pendulum-for-junior jp.svg

ふりこの左右のふれはば(振れ幅)は、左右で同じになります。ふりこの左右の高さも、左右で同じになります。 ふれはばの大きさを表す時は、きょり(距離)で表す場合と、角度であらわす場合があります。


ふりこの速さを見ると分かるとおもいますが、ふれ(振れ)の、はじっこにちかづくほど、おそくなります。そして、はじっこに到達すると、こんどは反対方向に動きだします。ふりこのふれ(振れ)のまんなかにちかづくほど、動きがはやくなってます。まんなかでは、いちばん、速い(はやい)です。

ふれの、はじっこでは、うごきが、おそい。
ふれの、まんなかでは、うごきが、はやい。


ふりこの等時性

じつは、ふりこの重さをかえても、もし、同じ糸をつかっていて、ふりこの長さがおなじなら、ふりこのふれはばが小さいとき(30度くらいまで)は、ふりこの往復にかかる時間は、かわりません。

ただし、「ふりこのふれはばが小さいとき」だけです。ふれはばが大きくなると、往復にかかる時間は、かわってきます。

また、ふれはばを10度や20度に かえても、ふれはばが小さいときは、ふりこの往復にかかる時間は、かわりません。

じっけんで時間をはかるときは、1回ごとに往復時間をはかるのは、大変です。なので、ふりこが10回、往復するのにかかった時間をはかって、その時間を10で割り算するのが、ふつうです。

また、ふれはばを大きくして、往復の時間をはかっても、なんと、ふりこの1往復あたりの時間は、変わりません。文章で読んでもわかりづらいとおもいますが、実験すると、分かるかと思います。理科の授業などで、ふりこの実験があると思います。ふりこの実験で往復時間をはかる道具には、ストップウォッチをつかうかもしれません。

いっぽう、ふりこの長さを変えて、往復にかかる時間をはかると、時間が変わります。実験すると、分かるかと思います。 ふれはばが60度とか90度ぐらいに大きいときは、ふれはばによっても、往復にかかる時間が変わります。

実験事実をまとめると、

重さは、往復時間には、関係しない。
ふれはばが小さいとき、ふれはばは、往復時間には関係しない。
ふりこの長さが、往復時間には、関係する

このことを、 ふりこの等時性(とうじせい) といいます。

ただし、ふれはば が大きいとき、等時性は、なりたちません。等時性がなりたつ場合は、ふれはばが小さい場合だけです。

ふりこ時計

ふりこのこのような性質を利用した時計があります。「ふりこ時計」(ふりこどけい)といいます。 ふりこ時計は1657年に、ホイヘンスという科学者によって発明されました。

水時計(みずどけい)

「ふりこ時計のしくみは、わかったけど、じゃあ、ほかの時計はどうなってるの?」って、ギモンを感じた人もいるかもしれません。 ストップウォッチのしくみは、たいへん、むずかしく、ここでは説明できません。 日時計や砂時計では、振り子のような、秒の間隔で、ときをはかるのには、むいてません。 むかしの人は、どうやって、秒のような、こまかい時刻の変化を、はかったのでしょうか。

ふりこ時計をつくった人たちは、ストップウォッチもない時代なのに、どうやって、ふりこの等時性を、たしかめたのでしょうか。

じつは、水時計という、時計が、ありました。

水そう(すいそう、水槽)の底に、穴があるとき、穴から流れ出る水の量は、じつは、水槽の底から水面までの高さによって、きまります。この事実を利用すると、水槽の水面までの高さを一定(いってい、・・・動かないように、保つこと)にしておけば、底から流れ出る水の量も、一定にすることが出きます。

流れでた水を、ほかの水そうにためておけば、そのたまった水量をみて、時間がどれだけ、すぎたのかが、分かります。

では、水が流れだすほうの水槽は、どうやって、水面の高さをたもっているのでしょうか。なにもしなければ、流れだしたぶんの水だけ、水面が下がってしまいますよね。

昔の、古代の発明家は、すごいアイデアを考えました。 その古代の発明家のアイデアを書きます。

じつは、その水が流れだす水槽に、水を流し込む、さらに別の水槽があるのです。

水槽がたくさんあるので、区別するために、本書では、

水を、ためこむ水そうを「水そうA」とする。この水そうAの水量を見て、時間を、はかります。
水そうAに、水を流し込む水そうを、水そうBとして、
さらに、水そうBに、水を流し込む水そうを、水そうCと、しましょう。

水そうBに、水に浮くことのできる軽い物で作った浮き子(うきこ)をつけておきます。

この、浮き子に、水そうCから水そうBに流れる水の蛇口を調節するレバーをくっつけます。すると、水槽Bの水量がかわると、浮き子の高さもかわるので、蛇口レバーがうごかせます。水そうBの水面がひくくなったときに、浮き子もひくくなりますが、浮き子がひくくなったときに、水そうCからの蛇口を開くしくみにします。ぎゃくに水面が高いときには、浮き子も高くなりますが、浮き子が高いときは水そうCからの蛇口がせばまり、水量が少なくなるようにします。

このしくみを利用して、水そうBの水面が少しでも下がったら、水そうCからの水の蛇口を開かせて、水そうBに多くの水を流せます。

水そうBに多くの水が流れ込むので、水そうBの水面は高くなり、もとの水面の高さに近づきます。

では、蛇口が開きすぎて、水そうBの水面が高くなりすぎたら、どうするのでしょうか。心配はありません。浮き子の高さも水面といっしょにたかくなるので、蛇口がせばまり、水量がへって、水面が高くなりすぎることを、ふせげます。

こうすれば、水そうBの水面の高さを、浮き子といっしょに自動的(じどうてき)に蛇口がうごくことで、水面の高さを保てるので、水そうBから水そうAに流れ出る、水の量も、たもてます。あとは、水そうAの水量を、はかればいいだけです。水そうAの水面が高くなる速さは、ずっと同じ速さで、高くなります。なぜなら、水そうBからの水量が、ずっと同じだからです。 水そうAの高さを見れば、そこから、時刻の変化が、わかります。

なんと、このような仕組み(しくみ)の水時計が、紀元前(きげんぜん)200年ごろに、すでに発明されています。むかしの人は、すごいですね。

水時計の実験は、小学生では、たいへんです。実験の、そうち(装置)も、大きくなります。水時計については、知識として知っておけば、じゅうぶんです。水時計を、実験しなくて、いいです。

電流が生み出す磁力[編集]

結論から言おう。じつは、電流のまわりには、磁石のような「磁力」が、発生しているのである。ウソだと思うなら、理科の実験で使うような電気回路を、乾電池や導線や豆電球でつくってみて、導線に方位磁針を近づけて見ればいい。 ただし、電流が小さいと、磁力が小さいので、磁力が、はっきりしないことがある。


ぐるぐると、まくと、どうなる?
※ 画像の物は、導線では、ありません。なので、「まき方」だけを、参考にしてください。

電気の作る磁力を強くするには、鉄の棒(ぼう)に、導線をクルクルと何重にも、まきつけます。巻きつけられる金属の棒は、鉄のような磁気をおびる金ぞくでないと、ダメです。銅(ぼう)の棒では、磁化(じか)をしないので、ダメです。アルミニウムの棒も、磁化をしないので、ダメです。

このように、磁化をすることのできる金属のぼうに、導線をまきつけたものを、コイルと言います。 このコイルは、電気を流すと、磁石のように磁力を発生するので、電磁石(でんじしゃく)といいます。

電磁石の性質

電磁石が磁力を発生するのは、電気を流しているあいだだけです。回路のスイッチを切ったり、電池をはずしたりして、電気を止めると、電磁石は、磁力をもたなくなります。

電磁石にも、N極と、S極があります。電磁石でも、同じ極どうしは、反発し合います。電磁石でも、違う極どうしは、引きつけ合います。


電磁石を強くする

電磁石のコイルは、まんなかの鉄の棒が無くても、電気を流せば、コイルは電磁石になります。ですが、鉄の棒が入ってないと、磁力は弱くなります。なので、ふつうの電磁石は、鉄の棒を入れていることが多いです。

電磁石のコイルにいれる鉄の棒のことを、しん(芯)といいます。

コイルの、導線をまく回数をふやしたら、どうなるでしょうか。 20回だけ導線をまいた電磁石と、50回だけ導線をまいた電磁石では、どちらが、磁力が強いでしょうか。

じつは,導線をまいた回数が多くなるほど、電磁石の磁力は、強くなります。 電磁石のコイルは、導線の巻き数(まきすう)が多くなるほど、電磁石の磁力も、つよくなります。


また、電流が大きくなるほど、電磁石の磁力も大きくなります。たとえば、ふたつの乾電池を直列つなぎにして、1個の電磁石につなげると、1個の乾電池しか使っていない時よりも、電磁石の磁力は強くなります。


電磁石の磁力の向き

電磁石の、磁力の向きは、じつは、電流の方向にたいして、決まっています。


磁力線

磁場の向きが分かるように図示しよう。磁石の作る磁場の方向は、砂に含まれる砂鉄の粉末を磁石に、ちりばめて、ふりかけることで観察できる。

これを図示すると、下図のようになる。

磁力線の図示

このような、磁力の向きを含めた、磁力の図を 磁力線(じりょくせん) といいます。磁力線の向きの決め方は、磁石のN極から磁力線が出て、S極に磁力線が吸収されると、決められています。棒磁石では、磁力の発生源(はっせいげん)となる場所が、棒磁石のはじっこに集中してます。そこで、棒磁石のはじっこの、先っぽのあたりを磁極(じきょく)といいます。

磁力線の向きを、どうやって確認するかというと、方位磁針を用いればいいのです。その場所での、方位磁針のN極の向きが、その場所での磁力線の向きになります。

電磁石の磁力線の書き方を説明する前に、まず棒磁石の磁力線の書き方を説明しましょう。 永久磁石が作る磁力線を図に描く場合は、N極から磁力線が出て、S極で磁力線が吸収されるように書きます。磁力線は、磁力の向きを図示したものなので、磁極以外の場所では、磁力線が分岐することはありません。N極以外の場所では磁力線の本数が増えません。S極以外の場所で磁力線が消えません。

また、磁力線が交わったりしてはいけないし、枝分かれもしてはいけません。もし、交わらして磁力線を書くと、その場所での方位磁針の向きが2通りあることになり、おかしな図になってしまいます。

電流の作る磁界[編集]
Junior high sci magnetic field.png

電流は、その周囲に磁界を作る。これは方位磁針を電気回路の近くに置くことで確認できる。

右ねじの法則

まず、電流の向きの決め方を、ふく習します。プラス極から電流は流れでて、電流は回路を通って、さいごはマイナス極にもどるのでした。 導線のまっすぐな部分の電流がつくる磁力の向きは、じつは、電流の向きに右ねじを進めるときに、右ねじを回す向きと同じです。この電流の向きと磁力の向きとの関係を 右ねじの法則 といいます。

コイルのような曲がった部分を持つ回路での、磁界の向きも、コイルの各部分の電流が右ねじの法則に従っています。

コイルでの、磁力の向きは、方位磁針で確認できます。

コイルでの、磁力の向きの図。
電流が、右向きの場合の図です。赤い曲線が磁力の向き。コイルの線にそって、手で右ねじを回す動きをして確認すると、たしかに、磁力の向きは、赤い線の向きになります。
電磁誘導と誘導電流[編集]

コイルを置き、その回りで磁石を動かす実験を行なってみる。ただし、コイルの両端には電圧計を接続し、コイルに流れる電流の電圧を測定するものとする。この実験では、コイルの回りで磁石を動かしたときに、コイルの導線に電流が流れるという結果が得られるはずである。流れる電流の大きさは、磁石を動かす速度に比例し、また、磁石の作りだす磁界の強さに比例する。例えコイルの中を磁石からの磁界が横切っていても、磁石が静止しているときには、コイルの中を電流が流れることはない。電流が生じるのは磁石を動かしたときだけである。


  • 注意

磁石を動かして生じた電流の向きは、その電流によってコイルの回りに生じる磁界が磁石によって生じた磁界を打ち消すように電流が流れる。

導線のある場所の磁力が弱まると、その磁界の変化を妨げる方向に電流が流れる。たとえば、仮にコイルに永久磁石を近づけた時に右回りに電流が流れたとしよう。すると、このコイルから永久磁石を遠ざけると、今度は反対向きである左回りに電流が流れることになるのである。このような現象を 電磁誘導(でんじゆうどう) と呼び、磁石の動きによって生じた電流を 誘導電流(ゆうどうでんりゅう) と呼ぶ。

電磁誘導で電流が流れるのは、磁力が変化している間のみである。永久磁石をコイルから遠いところからコイルに近づけたら、その磁石を動かしている間は電流が流れる。しかし、近づけおわった状態で磁石を固定していても誘導電流は流れない。

誘導電流の向きは、誘導電流の作る磁界が、磁石の場所の変化による磁界の変化を妨げる向きである。たとえば磁石を近づけた場合は、誘導電流の磁界の向きは、その磁石の磁力に反発する向きであり、実際に磁石は反発力を受け、回路から磁石の移動を妨害される力を受ける。 同様に、磁石を遠ざけている間の誘導電流の向きは、磁力を強める向きであり、実際に磁石は吸引力を受け、回路から磁石の移動を妨害される力を受ける。

このように、磁界が変化している間のみ、誘導電流が流れる。また、その誘導電流の向きは磁界の変化を妨げる向きである。 これを レンツの法則 という。

現在の火力発電や水力発電の発電所でも同じ原理を用いて発電を行なっている。火力発電では磁界の中で蒸気を用いてタービンをまわし、それによって誘導電流を発生させるのである。

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太鼓をたたくと・・・
音の波のイメージ。
まんなかの、あいてるところには、音を出すマイクやスピーカーなどが、あるとします。

音(おと)は、空気がふるえて、波となって伝わる(つたわる)現象(げんしょう)です。 物(もの)が、ゆれることを、振動(しんどう)といいます。

音では、空気が 振動(しんどう) しています。

たとえば、太鼓(たいこ)をたたくと、音がでますね。 これは、たいこの膜(まく)が、振動(しんどう)して、空気も振動させるからです。


音は、空気の中だけでなく、水の中や、固体の中も、つたわっていきます。

私たち、人間の耳に音がきこえる仕組み(しくみ)は、空気の振動が、われわれ人間の耳の中にある こまく(鼓膜) を、ふるわせて、それを 人間の 神経(しんけい)が 感じとって、脳(のう)に つたわり 音 として聞こえるのです。


音波(おんぱ)[編集]

空気は振動しながらつたわっていくので、波となって、つたわっていきます。図の「音の波のイメージ。」を見てください。

太鼓のちかくほど、おおきな音が聞こえます。太鼓から、はなれるほど、きこえる音は小さくなります。

これは、音の波が、広がっていくからです。


メガホンでは、外側(そとがわ)に、円すい形(えんすいがた)の筒(つつ)が、ついていますね。 この外側のつつは、音が、横方向(よこほうこう)には広がりにくいようにして、筒の穴の向きにだけ音がつたわるようにして、とおくまで、音を、大きな音のままで、つたえるためです。

ちょうしんき(聴診器)

お医者さんが、音をきくためにつかう ちょうしん器(聴診器、ちょうしんき) も、音が広がりにくいようにすることで、体の中の小さな音を、ききとっています。

音は、物に当たるとはねかえります。例えば、やまびこ(「こだま」とも言う。)が、例(れい)です。

かみなり の光と音[編集]

いなづま

音のつたわる 速さ(はやさ) は、空気中では、およそ 340m/秒 です。(「m/秒」は「メートルまいびょう」と読む。)いっぽう、光の 速さ(はやさ) は だいたい 30万km/秒 です。

かみなり がなると、まず、いなずま が 光ってから、しばらくしてから、音が きこえますよね。

これは、音の速さと光の速さに、ちがい が あるからです。

いなずまが光ってから、何秒後に音がきこえたかの、秒を数えると、計算で、いなずまから自分のいる場所までの きょり が わかります。

たとえば、いなずまが光ってから5秒後に、音が、きこえたとしましょう。

音の速さ(はやさ)は、空気中では、およそ 340m/秒 です。

なので、つたわるのに5秒かかるということは、 340 (m/秒) × 5 (秒) = 1700m より、1700メートル、はなれた場所でいなずまが光っています。

音速(おんそく)[編集]

音の速さのことを、音速(おんそく)と、いいます。

音の速さ(はやさ)は、空気中では、およそ 340m/秒 です。340というのは秒速(びょうそく)です。これを時速(じそく)にすると、1225 km/時 になります。(「km/時」は「キロメートルまいじ」と読んでおけば、いいと思います。キロメートル毎時です。) 1時間は3600秒ですから、( 1時間 は、 60分 で、1分は60秒だから、つまり 1時間 = 60×60秒 = 3600秒 です。)

340m/秒 × 3600 = 1224000 m/時 です。

くわしい、空気中の音の速さは340.25m/秒なので、1224990 m/時 です。

1224000メートルを、キロメートルであらわせば、1224キロメートルです。 1224990 mは、だいたい1225kmです。

なので、音の速さを時速であらわすと、だいたい時速1225kmとなって、とても、はやいです。

コンコルド

そして、空気中での音の速さの、およそ 340 m/秒 のことを、 マッハ という単位(たんい)をつかって マッハ1 と、いいます。

たとえば マッハ2 は、だいたい 680 m/秒です。

たとえば マッハ3 は、だいたい 1020 m/秒 です。


たとえば、飛行機の、超音速旅客機(ちょうおんそく りょかくき)のコンコルドというフランスの開発した飛行機は、マッハ2で、空を飛びます。

(コンコルドは、今は、もう飛行を中止しています。)

このように、物の速さが、音の速さの何倍かを表す数値(すうち)を、マッハ数(マッハすう)と言います。


音の高さ[編集]

音楽のド,レ,ミ,ファ,・・・などを思い起こせば分かるように、音には高さが有る。 音の高さは、音の空気の振動の、振動の多さです。1秒あたりの振動の回数を、周波数(しゅうはすう)あるいは振動数(しんどうすう)と言うのだが、この振動数の大きい音ほど、音が高くなる。振動数の小さい音は、低い音になる。

音の振動数(しんどうすう)の単位(たんい)には ヘルツ という単位が、もちいられます。


音の振動数(しんどうすう)をはかるのは、たいへんかもしれません。たとえば、ギターのげんが、ゆれる速さは、とても、はやいので、小学校では、かぞえられません。 このように音として、耳にきこえる、くうきのゆれは、とても、はやいのです。

  • ラの音。

たとえば、たてブエのド・レ・ミ・ファ・ソ・ラ・シの「ラ」の音は、「ラ」と言っても、高いほうのラとひくいほうのラなど、いくつもありますが、そのうちの、もっとも多くつかうほうのラの音は、なんと、1秒間に440回も、空気をゆらしているのです。 つまり、よく使うほうの「ラ」の音の振動数(しんどうすう)は 440ヘルツ です。

「ラ」の440ヘルツという数は、おぼえなくても、いいです。ヘルツという単位が、あることを、知ってください。


  • 超音波
コウモリは超音波で、くらやみでも、まわりを知ることができる。

人間の耳では、多くの人は、20000ヘルツまでの高さの音しか、きこえません。

ですが、動物のなかには、これより、もっと高い音でも、ききとれる動物がいます。

イルカは100000ヘルツの音を聞き取れます。

コウモリは、300000ヘルツの音を聞き取れます。

20000ヘルツよりも、ずっと高い音を 超音波(ちょうおんぱ) といいます。

人間は超音波を聞きとれません

イルカやコウモリは、超音波を聞き取れます。


イルカやコウモリは、体から超音波を出して反射して、超音波がまわりの物に当たって、はねかえるまでの時間によって、まわりの物を知ることが、できます。

超音波では、くらやみでも、まわりをしることが出来ます。



超音波には、ふつうの音波とちがって、 まがりにくい という性質があります。

超音波探知機で、海の中や海底の地形を、調べることが、できる。

この超音波を利用した機械で、 超音波探知機(ちょうおんぱ たんちき) というのがあります。


ほかにも、病院でのエコー検査(エコーけんさ)にも、超音波は利用されます。

発展[編集]

音波のように、密度の高い部分と低い部分が交互に伝わる種類の波を そみつ波(そみつは、疎密波) という。また、音波は進行方向と、振動の方向が同じであるが、このような波を たて波(たてなみ、縦波) という。音波は たて波 の一例である。

いっぽう、水面をつたわる波は、進行方向と、振動の方向が直角であるが、このような波を 横波(よこなみ) という。

音波は、横波ではありません。音波は横波ではない。音波は、たて波です。


共鳴(きょうめい)

音は、まわりの物を、振動(しんどう)させるのであった。音が伝わって(つたわって)いった先にある物体が、音が伝わったことによって振動(しんどう)をして、その物体も、また、音を出すことが、ある。このような現象を 共鳴(きょうめい)という。

波に関する用語
変位量の最大値 y が波の振幅である(λは波長)。
縦波のイメージ。上図が縦波で、下図は疎密をグラフ化したもの。
縦波をグラフ化したもの。λ(ラムダ)が波長である。


音波の波は縦波であったが、これをグラフで見やすいように、縦軸に密度をとって、横軸に位置や距離をとってグラフに表すことがある。

このように、波は周期的に、おなじパターンを繰り返す。グラフでの波の高いところを (やま) といい、波の低いところを (たに) と言う。そして、山と山との間の距離を(きょり) 波長(はちょう) という。

波長を、谷と谷との間の距離と言っても良い。

記号で表す場合は、波長は λ(「ラムダ」と読むギリシャ文字)で表すのが、ふつうです。 振動数(しんどうすう)が、1秒間に振動する回数である。音の高さは振動数で決まり、振動数が大きいほど、音も高い。 振動数の単位をヘルツといい、ヘルツを Hz と書く。「Hz」の H は 英語のエイチ です。zは 英語のゼット です。

たとえば 440ヘルツ は 440Hz と書く。


音の大きさは 振れ幅(ふれはば) で決まる。振れ幅(ふれはば)が大きいほど、音も大きくなる。


波長の式は、

波長[m] = 音の速さ[m/s] ÷ 振動数[Hz]

である。

式から分かるように、音の速さが同じなら、波長が長いほど、振動数は小さくなる。

ソニックブーム[編集]

空気にかかる衝撃波(しょうげきは)によって空気中の水分が凝固(ぎょうこ)し、機体の後方に水蒸気の雲が発生している様子。

乗り物の速さが、音速をこえたとき、すごく大きい音が発生します。これを ソニックブーム といいます。 このソニックブームの音が発生するとき、飛行機には、すごい衝撃(しょうげき)が発生します。


シュリーレン法(シュリーレンほう)により撮影(さつえい)された衝撃波(しょうげきは)

超音速の飛行機は、この衝撃にも、たえられる作りになっています。

飛行中のX-1

この音速にちかづいたときの衝撃波や、音速をこえているときの衝撃波のため、乗り物の速さが音速をこえることは、むずかしいことです。

人類が、はじめて、音速をこえた乗り物を、世界ではじめて、つくれた時期は、1947年の10月14日に、アメリカの空軍パイロットのチャック・イェーガーが操縦するX-1実験機によるものでした。

チャック・イェーガーとXS-1"グラマラス・グレニス"

光の 進み方(すすみかた)[編集]

光は直線的に進むことが知られている。例えば、暗い箱(はこ)を作り、その壁に小さい穴(あな)をあけると、穴から入った光がそのまま、まっすぐにすすむ様子がわかる。

光がまっすぐにすすむことを、光の 直進(ちょくしん) と、いいます。

この光が直進する性質は、空気中ではいつでも成り立ち、太陽や電球などから発せられた光は、発せられた方向に直進する。

なお、暗い箱に2個の穴をあけたとき、そこから日光(にっこう)をいれたばあい、2本の光のみちすじは、平行(へいこう)である。

これは、太陽からは、四方八方に光が発せられるのだが、豆電球の光とおなじように、太陽からは四方八方に光が発せられるのだが、太陽は、とても遠く(とおく)にあるので、地球にとどく光は、太陽から発せられた光の一部なので、おなじ向きの光ばかりが、地球にとどくからである。

だから、日光は、ほぼ平行なのである。

算数では、平行とは、「どこまで、のばしても、ぜったいに、まじわらない」ということであった。 日光は、こまかいことを言えば、地球と太陽とのキョリまで、のばせば、まじわってしまうので、正確(せいかく)には平行ではない。

だが、地球上では、ほぼ平行なので、実用上は、日光は平行として、あつかうことが多い。

小学校の理科でも「日光は平行である。」と、あつかう。


反射と屈折[編集]

光が鏡などに当った時には、光は 反射(はんしゃ) します。


反射面に垂直な直線(垂線「すいせん」または法線「ほうせん」と、いう。)と入射した光とがなす角を 入射角(にゅうしゃかく) と呼び、法線と反射した光とがなす角を 反射角(はんしゃかく) と呼びます。
このとき、

入射角 = 反射角

が成り立ちます。

反射

上の図では が入射角に対応し、 が反射角に対応します。図でわかるとおり、入射角と反射角は等しいです。 は「シータ」と読みます。θ(シータ)はギリシャ文字です。

  • 屈折(くっせつ)

また、例えば空気中を直進して来た光が水面を通過したときには、光は水面でその方向を変えることが知られています。この現象を光の 屈折(くっせつ) と呼びます。屈折した光と物質境界の垂直方向(法線)とがなす角度を 屈折角(くっせつかく) と呼びます。


  • 屈折の図


例えば細長い棒を水の中に差し入れると、その棒は曲がって見える。これは、光の屈折によるものです。 また、透明であるガラス瓶やコップが目に見えるのも、この屈折の効果によります。

光の屈折の大きさは、物質がもつ 屈折率(くっせつりつ) によって決まる。 空気の屈折率は、ほぼ 1.00 です。水の屈折率は、約1.33です。ガラスの屈折率は、種類にもよりますが、約1.5です。


屈折がなければ透明なものは目に見えないという事を体感する実験の例として、ガラス製の瓶やコップを油に沈める実験が知られています。油の中にガラスを沈めると、ほとんど見えなくなります。これは、油とガラスの屈折率が非常に近い値であるためです。油の屈折率は、種類にもよりますが、だいたい1.48ぐらいです。


  • 全反射(ぜんはんしゃ)
全反射
光ファイバー

屈折率が大きい媒質から小さい媒質に光が入るときに、入射光が境界面を透過せず、すべて反射する現象が起きる。これを 全反射(ぜんはんしゃ) という。全反射は、入射角が大きくなると起こる。 応用例として、光ファイバーでは光信号を全反射させることで信号を送っている。

  • 乱反射(らんはんしゃ)
でこぼこした表面からの乱反射

紙の表面や、板の表面など、ふつうのものの表面は、たいらに見えても、よくよく見ると、こまかいデコボコがいくつもあります。 このデコボコの向き(むき)が、それぞれバラバラの向きなので、反射する光のむきも、バラバラになります。

この、光が、バラバラな方向に反射する現象(げんしょう)を 乱反射(らんはんしゃ) と、いいます。

乱反射のおかげで、わたしたちは、物体(ぶったい)を、どの方向からでも、見ることができるのです。

  • まがった鏡(かがみ)の反射
とつ面鏡での反射。

鏡(かがみ)が曲がっている場合、もとの大きさよりも、鏡(かがみ)に うつる像(ぞう)は、ちがった大きさで見えます。


鏡の面が球面のように、でっぱっている鏡を とつ面鏡(とつめんきょう、凸面鏡) といいます。

とつ面鏡では、かがみのまわりの広い範囲(はんい)をうつしますが、そのぶん、かがみに うつる像は、もとの大きさよりも小さく、うつります。


おう面鏡での拡大のしくみ

ぎゃくに、鏡がへこんでいる鏡を おう面鏡(おうめんきょう、凹面鏡) といいます。 おう面鏡では、うつす範囲は小さいですが、うつされたものは、大きくうつります。

おう面鏡は、化粧用の鏡などで実用化されています。 また、スプーンのさきの、へこんでいる部分を、おう面鏡のかわりにすることも出来ます。


おう面鏡で、うつった像が、上下がさかさまになる場合

凹面鏡では、上下がさかさまに映る場合があります。これは鏡の 焦点きょり(しょうてんきょり) と、観察する人と鏡との きょり との関係によってきまります。