は, 磁石に引きつけられるものには鉄が含まれている, ということです. 逆は真なら ずです. 鉄が含まれていても, 必ずしも磁石に引きつけられるわけではありません. 1-b. 磁石に付く硬貨と付かない硬貨 おそらく世界中のどの硬貨にも鉄が含まれている硬貨はないでしょう. だからどの 硬貨も磁石には付

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1 おもしろ実験講座 (2005) 物理編 2005 年 8 月 9 日常葉学園大学教育学部石川正勝 ishikawa@tokoha-u.ac.jp 出口憲 kdeguchi@tokoha-u.ac.jp A. 永久磁石の性質 実験 1. 磁石に付くもの付かないもの 1-a. ステンレス板は磁石に付くでしょうか? 小学校 3 年の理科で磁石に付くものと付かないものがあることを学びますが ( 学習指導要領 ), 磁石に付くものと付かないものの違いはどこにあるのでしょう? 鉄 でできたものは磁石に付くと言えるでしょうか ( たとえば学校図書 みんなとあそぶ小学校理科 3 年 H13 年検定済 )? まず, この点から考えてみます. 錆びないという利点をもつステンレス板は身の回りの多くのものに使われています. たとえば台所の流し ( シンク ) や包丁, なべ, しゃくしなど. ステンレス板は磁石に付かないと多くの人に信じられています. はたしてステンレス板は磁石に付かないでしょうか? ちなみに, ステンレス板は正確には ステンレス鋼板 と言います. 鋼板 と言うようにステンレス板は鉄を主な材料としてとしてつくられています. ですから, 磁石に付いてよさそうなものです. 実験してみましょう. じつはステンレス板には磁石に付かないものと付くものの 2 種類があります. 台所 の流しには付かないタイプのものが使われているようです. だから必ずしも 鉄 は磁石に付くとは言えないのです. 注意しましょう. ( 磁石をもってホームセンターに出かけて, いろいろなステンレス製品を調べてみる とよく分かります.) 純粋に鉄だけからできた 鉄 は身のまわりにはありません. ここまでで言えること

2 は, 磁石に引きつけられるものには鉄が含まれている, ということです. 逆は真なら ずです. 鉄が含まれていても, 必ずしも磁石に引きつけられるわけではありません. 1-b. 磁石に付く硬貨と付かない硬貨 おそらく世界中のどの硬貨にも鉄が含まれている硬貨はないでしょう. だからどの 硬貨も磁石には付かないかな? 手持ちの硬貨で実験してみてください. どの硬貨も付かないことがわかります. しかし, 硬貨は国により違います. ここにドイツから持ち帰ったユーロ貨とセント 貨, それにフランスのフラン貨幣 ( 今はフランスもユーロですね ) があります. どう ですか? どれも付くでしょう? いま手元にありませんが, 我が国の貨幣でも磁石に付くものが昔ありました. 昔の ニッケル貨 ( 確か昭和 年代のもの ) です. 磁石に付くものには, 元素として鉄, ニッケル ( それにコバルトも ) のどれかが含 まれています. しかし, これらの元素が入っていても磁石に付くとは限りません. 1-c. 紙幣が磁石に付くこと知ってますか? ちょっと番外編です. 普通紙は磁石に付きません. でも紙幣は磁石に引きつけられ ます. フェライト磁石はその力が大変に弱いので, ここではネオジム磁石を使います. 非常に強力な磁石です. 十分に注意してください. 新旧の 1 万円札,5 千円札, 千円札で確かめてください. あまり見かけない 2 千円 札ではどうでしょうか? 紙幣は紙なのになぜ磁石に引きつけられるのでしょうか? 紙幣が強力な磁石に引きつけられるのは, 紙幣を印刷するインクの中に磁石に反応 する鉄が含まれているからです. 色の濃いところほど磁石によく引きつけられる傾向

3 があるようですが, どうもすべての場所が必ずしもそのとおりではないように思われます.( 最近偽造紙幣事件が頻発しています. ある事件で, 高性能なプリンターのインクには鉄が含まれていて, 紙幣の磁気に対する反応のあるなしで偽造紙幣をチェックするやり方では判別できなかった, と報道されていました.) まとめ : (1) 鉄 ( やニッケル ) が含まれているからと言って磁石に付くとはかぎりません. (2) 磁石に付くものには必ず鉄 ( やニッケル ) が含まれています. 実験 2. 磁石の N 極と S 極はどこにある? 磁石には必ず磁力の最も強い場所があります. それが N 極と S 極です. 不思議なことに N 極だけをもつ磁石とか S 極だけをもつ磁石はありません. かならず N 極と S 極が対にな っています. 2-a. カラーマグネットに使われているフェライト磁石の N 極と S 極はどこにあるでしょうか, 教材として売られている丸形のフェライト磁石では N 極と S 極はどこにあるでしょうか? あとで工作に使うフェライト磁石は白く塗られた面が N 極です. それを参考に実験 して調べてください. カラーマグネットに使われている磁石では, 理科の授業にとって都合が悪いことが わかります.( でも, 黒板に紙を貼り付けるときには, カラーマグネットで使われてい る磁石の方がよいのですが, その理由がわかりますか?) 2-b. 地磁気の北極は N 極で南極は S 極ですか? もちろん N 極の N は North( 北 ) の頭文字,S 極の S は South の頭文字です. 実験ではありません. 考えてください. 地球そのものが磁石になっているので方位磁針が南北の方位を指すわけです. 磁石のN 極どうし,S 極どうしは互いに反発しあい,N 極とS 極は互いに引き合うことはいうまでもないでしょう. したがって地球の北極の近くに地磁気のS 極があり, 南極の近くに地磁気のN 極があります. ( なお, 正確には, 地磁気の北極 (S 極 ) は本当の北極とは方向が少しずれています. ずれの角は緯度によって異なり, 緯度が高いほどずれの角が大きくなります. 我が国 では西に 3 度から 10 度ほどずれています. それから, 地磁気の N 極と S 極の位置は地

4 球の歴史の中で大きく変化してきています. 地磁気が消えた時代もあったと考えられ ているようです.) 2-c. ゴム板磁石では N 極と S 極がどこにあるでしょうか? ゴム板磁石 2 枚の磁石面どうしを合わせると付き方はどうですか? どちらかその 1 枚をブリキ板に付けたときと比べてください. さらに, それらをすり合わせながら動 かすとどうなりますか? その 1 枚を回すとどうなりますか? ゴム板磁石のこのような変な性質は, ゴム板磁石の上に鉄粉を撒いてみるとよく分 かります. つぎの実験もしてみて下さい. 2-d. 磁気カードや磁気テープの磁化の様子を, 鉄粉を使って観察しましょう. ゴム板磁石とすこし似ていませんか? ゴム板磁石や磁気カードなどの鉄粉の縞模様は, 紙の上に鉄粉を撒いて棒磁石を近 づけたときに磁極の近くの鉄粉が磁界の影響でパターンを描いて並ぶのと同じことで す. ですから, 鉄粉が集まっているところには N 極か S 極があります. 磁気カードや磁気テープでは, 塗られている磁性材料の各部分が記録したい情報に したがって磁化されます. そのときの N 極と S 極の向きを使って情報が表されていま す. 実験 3. 磁石を熱するとどうなる? ある小学校理科の指導書に, 電磁石をつくる際に, コイルの芯に入れる鉄釘 ( 言うまで もありませんが磁石に付かないステンレスの釘は不適です ) をあらかじめ強く熱しておく とよい, といようなことが書かれていました. なぜでしょうか. 裁縫用の針を強い磁石で強く擦ると, 針が弱く磁石になる ( これを 磁化する といいます ) ことはご存じだろうと思います. 鉄釘も磁化されます. 実は磁石に引きつけられるものはすべて, 磁石に引きつけられているときは磁化されています. 多くは磁石を遠ざけると磁化が消えますが, なかには磁化されたままのものもあります. さきほどの裁縫の針はその一例です. ところで, 強く磁化されたままの状態を保っているものが永久磁石です. 磁化されたままの鉄釘を使ったのでは, コイルに電流を流して電磁石にするときに, コ

5 イルの電流がつくる磁界の向きと磁化された鉄釘の磁石が反対向きになるとそれらが互い にうち消し合ってしまい, 弱い電磁石にしかなりません. 電磁石のいろいろな性質を実験 して調べる (B. 電磁石の実験 1. で取り上げます ) 際に困ります. 実はどの磁石も, 十分に高い温度に熱してやり, ある温度以上になると, 磁化が消えて しまいます. つまりそれまで磁石だったものが磁石ではなくなります. 鉄では 770 度くらいです. ここにあるガストーチは 1200 度程度まで熱することができ ます. だから, このガストーチで熱してやれば鉄釘の磁化も消えてしまいます. 教科書指 導書に書かれていたことは, このことを指しています. 3-a. フェライト磁石をガストーチで熱するとどうなる? フェライト磁石も熱すると磁化が消えてただの黒いかたまりになってしまいます. その 温度は 450 度くらいで, 鉄より大分低い温度です. またフェライト磁石の方が変化が劇的 です. そこでフェライト磁石をガストーチで熱してみます. 熱する前にフェライト磁石の強さ を体感しておいて下さい. そして熱した後で ( さましてから ) そのフェライト磁石が鉄を 引きつけるか調べてください. これで電磁石に使う鉄釘はあらかじめ熱しておくとよい理由が分かったと思います. 実験と工作 1. 鉄粉を混ぜたスライムをつくります. そのスライムをビニール袋に入れてネオジム磁石 を近づけます. スライムがネオジム磁石に引きつけられて大きく形を変え, 面白いですね. ( 別紙 A) 実験と工作 2. 磁石の同じ極どうしは反発し合うので, 一つの磁石を台の上に固定しておいて, もう一つの磁石をその真上の位置に置いてみても, 反発し合う力で真上に置いた磁石を空中に浮かせることはできません. その理由は, 上の磁石がくるっと半回転して, 上の磁石と下の磁石が互いに引き合うようになるからです.

6 でもある工夫をすると, 不思議なことに, 磁石の反発力を使って物体を空中に浮かせる ことができます. それをつくります. ( 別紙 B) B. 電磁石について 実験 4. 電磁石の性質 これは6 年の理科で取り上げることですが, 現在使われているどの教科書にも十分に書かれていないのが残念です. しかし一つ前の教科書のなかに1 冊だけよく書かれたものがありました. 以下の実験で電磁石の性質を確かめます. 必要なものはあらかじめ用意されていますので, 実験するだけです. 4-a. コイルのなかに (1) 鉄釘 (2) アルミ棒 (3) 太い銅線 (4) なにもいれない, を入れてコイルに電流を流し, ゼムクリップを引きつける強さを比較してください. コイルのなかに鉄釘が入ったときだけ電磁石として振るまうことを確認できたと思 います. 鉄釘は磁石によく付きます. それ以外のものは磁石に付きません. コイルに流れた電流が弱い磁界をつくり, その影響で鉄釘が磁化されて全体が目に見えるほどの磁石の強さを示すようになります. コイルだけでは電磁石とは言えないこと, 電磁石と言える強さになるにはコイルのなかに鉄釘のような磁石で磁化されるものが必ず必要なこと, が分かったでしょう. この点が大変に重要ですが, 先ほどの1 冊を除いた他のどの教科書を見ても, この点が全く書かれていなかったり不十分にしか書かれていません. 残念なことです. 以下は, 多くの教科書に記述されている内容です. 確認のために実験します. 4-b. 同じ本数の電池 ( 直列接続 ) をつかい, 巻数の多い電磁石 (100 巻 ) と巻数の少ない電磁石 (50 巻 ) の強さを比較します. 同じ電流をながすと巻数が多い電磁石の方がより強くなります. 4-c. 電磁石のコイルに接続する電池のプラス極とマイナス極を入れ替えたものと, もとの接続のものとの違いを, 電磁石とフェライト磁石とのあいだでどんな力がはたらくかを調べることによって考えます.

7 電流の向きを変えると, 電磁石の両端の N 極と S 極が入れ替わるのが分かるはずで す. 4-d. それではコイルの巻き方を右巻きから左巻きにしたらどうなりますか? 右巻きのコイルの他に左巻きのコイルはここには用意されていません. 実験して確かめるにはどうしますか? 実は, 実験してみるまでもありません.4-c. の電池のプラス極とマイナス極を 入れ替えた実験はこの実験と全く同じです. だから, この場合も電磁石の両端の N 極 と S 極が入れ替わります. 結論 : 電磁石について子供たちに理解させるには, 以上の 4 つの点は欠かせないと考えな ければなりません. 実験と工作 3. 多くの理科の教科書に電磁石の応用例とものづくり実験を兼ねた直流モーターがありますが, それらはどれも固定磁石としてフェライト磁石を使っています. しかし固定磁石の方も電磁石でつくるモーターが簡単に出来ます. これらかつくるモーターはある教科書のモーターをその方向で少し変えたものです. ( 別紙 )

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FdData理科3年 FdData 中間期末 : 中学理科 3 年 [ 酸 アルカリとイオン ] [ 問題 ](1 学期期末 ) 次の各問いに答えよ (1) 塩酸の中に含まれている 酸 に共通するイオンは何か 1 イオンの名称を答えよ 2 また, このイオンの記号を書け (2) 水酸化ナトリウム水溶液の中に含まれている アルカリ に共通するイオンは何か 1 イオンの名称を答えよ 2 また, このイオンの記号を答えよ [

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