🔬 理科・実験
雪の結晶の形が温度で変わることを調べる
降ってきた雪と冷凍庫にできる霜を虫めがねで観察し、形を分類して、そのときの気温と結びつける観察研究です。
雪の結晶は、空の高いところで水蒸気が氷に変わり、育ちながら落ちてきたものです。そのとき、まわりの温度と水蒸気の多さによって、板のように平たく広がるか、柱のように長くのびるかが分かれます。人工的に温度を変えて結晶を作る研究では、温度の帯ごとに形が入れかわることが調べられています。降ってきた雪の形を分類し、そのときの気温と重ねると、空の上で何が起きていたのかを、地上から推し量ることができます。
必要なもの
| 材料 | 分量 | 代替案 |
|---|---|---|
| 黒い布か黒い画用紙 | 2枚 | 黒いフェルト |
| 虫めがね | 1つ | スマートフォンに付ける拡大レンズ |
| 温度計 | 2本 | 室外用と室内用を1本ずつ |
| ピンセット | 1本 | つまようじ |
| スマートフォンやカメラ | 1台 | スケッチで残す |
| 記録用紙 | 大きめの紙2枚 | ノート4ページ |
| 厚手の手ぶくろと帽子 | 1組 | 防寒できるもの |
手順
受け皿を先に冷やす
何をする：結晶がとけないようにします。
どうやる：黒い布と虫めがねを、観察を始める30分前から屋外か玄関に出しておき、外の気温と同じくらいまで冷やします。
なぜ：温かい布に雪を受けると、その場でとけてしまい、形を見る前に消えてしまいます。
雪を受けて気温を記録する
何をする：形と温度を対にして残します。
どうやる：黒い布を差し出して雪を数粒受け、すぐに屋外の気温を読み、時刻と一緒に記録します。
なぜ：形と気温を対にして残さないと、あとで温度と形の関係を調べられません。
虫めがねで形を分類する
何をする：見えたものを型に当てはめます。
どうやる：板のように平たいもの、柱のように長いもの、針のように細いもの、粒のようにまるいものの4つに分けて数えます。
なぜ：分類の型を先に決めておくと、日がちがっても同じ物差しでくらべられます。
冷凍庫の霜を観察する
何をする：雪が降らない日を埋めます。
どうやる：保護者の許可をとり、冷凍庫の内側にできた霜を、扉を開けてすぐに虫めがねで見て、形をスケッチします。
なぜ：雪が降らない日でも、氷の結晶が育つ様子を同じ方法で観察して記録を増やせます。
気温ごとに形をならべる
何をする：関係を表にします。
どうやる：横に気温の帯、たてに形の種類をとった表を作り、観察した数を書きこんで、どの帯にどの形が多いかを見ます。
なぜ：数をならべると、印象ではなく記録にもとづいて、温度と形の関係を説明できます。
観察ポイント・記録の取り方
- 雪を受けた時刻と、そのときの屋外の気温を記録します。
- 結晶の形を、板・柱・針・粒の4つに分けて数を記録します。
- 写真かスケッチを、1つの形につき1枚ずつ残します。
- 冷凍庫の霜については、扉を開けた時刻と、庫内のおよその温度を記録します。
| 観察した日と時刻 | 屋外の気温 | 板のような形 | 柱のような形 | 針や粒の形 |
| 1回目 | ||||
| 2回目 | ||||
| 3回目 | ||||
| 4回目 | ||||
| 冷凍庫の霜 |
つまずきやすいポイント
⚠️ 受け皿が温かくて結晶がとける
なぜ：布が室温のままだと、雪はふれた瞬間に水になり、形が残りません。
対処：布と虫めがねを30分前から外に出して冷やし、観察の間も屋内に持ちこみません。
⚠️ 息がかかって結晶がこわれる
なぜ：吐く息にふくまれる水蒸気と熱で、結晶が丸くなったりとけたりします。
対処：マスクをつけ、顔を横に向けて息をはき、布の真上からのぞきこまないようにします。
⚠️ 気温を室内で測ってしまう
なぜ：室内の温度は結晶が育った空の温度とは関係がなく、対応づけができません。
対処：屋外用の温度計を日かげの風通しのよい場所にかけ、その値を使います。
⚠️ 冷凍庫を長く開けてしまう
なぜ：庫内の温度が上がり、食品がいたむうえ、霜もとけて観察できなくなります。
対処：観察は1回30秒までと決め、開ける前にカメラの用意をすませておきます。
発展アイデア
- 同じ日の降り始めと降り終わりで、形の割合が変わるかどうかをくらべる。
- 気象庁が公開している上空の気温の資料を調べ、地上の気温だけでは説明できない形について考える。
- 結晶の写真を大きく引きのばし、六角形の対称性がどこまで正確かを測る。
安全上の注意
- 屋外での観察は、必ず保護者に行き先と戻る時刻を伝えてから行います。
- 雪の積もった屋根の下には立ちません。屋根から落ちる雪はかたまりになっていて、大人でもけがをします。
- 雪の山や吹きだまりにのぼりません。中が空どうになっていて、くずれてうまることがあります。
- 凍った池や川、用水路には近づきません。氷は見た目より薄く、割れると自力では上がれません。
- 雪の降る日は足もとがすべります。すべりにくいくつをはき、走りません。
- 観察は1回15分までにし、手や足の感覚が鈍くなったらすぐに室内へ戻ります。
- 冷凍庫を使うときは必ず保護者の許可をとり、開ける時間は1回30秒までにします。食品にふれません。
- ドライアイスは使いません。素手でさわると凍傷になり、閉めきった部屋では空気が悪くなります。
まとめ方（発表・レポート）
模造紙1枚、またはスライド6枚がおすすめです。
「結晶の写真」「分類の型」「気温と形の対応表」「冷凍庫の霜のスケッチ」「温度と形についての考察」の順にまとめます。
タイトル例：
- 雪の結晶の形は何で決まるのか
- 気温ごとに形をならべてみた
- 降ってきた雪から空の上を読む
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