自由研究は夏休みの課題として行ったりすることが多いので
できるだけ身の回りのもので行えるものを選ぶのがコツです。
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特に中学の理科では学校にあるような実験器具をあまり揃えずにできるものを選びます。
今回は植物が光合成をして酸素を作り出すところを観察します。
この手の実験は学校でオオカナダモを試験管に入れて実験することが多いと思いますが、
自由研究として家で行う場合にはペットボトルを加工して行います。
この方法だと、植物を入れた試験管を固定する試験管立ても必要なくなります。
では準備から追ってみていきましょう。
中学生レベルの植物が酸素を作る観察
植物が光を浴びて光合成を行い、酸素を作り出すことを習うのは小学校の時だと思います。
もしかしたら似たような実験をしたかもしれませんが、中学では少しレベルアップした実験を行います。
違いは
小学校の段階では、光を当てたオオカナダモが泡を発することで光合成で酸素が作り出された、とする。
これはあらかじめ光合成で酸素を作り出すという確認的なもので、出てきた泡が酸素であるという前提に結果を出しています。
中学では、出てきた泡が酸素なのか、藻が入っている水と他のものが入っている水では泡の出方に違いがあるのかを比べながら実験します。
中学の理科ではより掘り下げた結果を求められます。
夏休みの自由研究でもこの点をしっかり抑えましょう。
では早速準備から始めます。
実験で準備するもの
家庭では試験管を並べて実験するわけにはいかないので、身の回りにあるもので代用します。
でも最低限揃えるものはあるので、その辺はちょっと出費しましょう。
◆準備するもの
・オオカナダモ(熱帯魚店、大型ホームセンターなどで購入)
・試験管 １本
・線香
・温度計
・電球(１００W)
・ペットボトル(５００mlのもの２本)
・ゴム栓(ペットボトルの口に合った中央に穴が開いたもの２個)
・ガラス管(ゴム栓に刺すもの２本)
・ゴム管(ガラス管にはめるもの２本)
・ピンチコック ２つ
◆実験の準備
①ペットボトルの加工
ペットボトルを画像のように加工して切り離します。
上側を押し込んではめた時にぴったりと隙間なく入るような部分を切るようにします。
同じものを二つ作ります。
②オオカナダモを入れる
２５℃のお湯を入れて片方にオオカナダモ、もう片方に新聞紙を丸めたものなどを入れます。
できればここでCO2タブレットを入れるとよいでしょう。
光合成を促進さるためのもので、アクアリウムを作るときに使用したりします。
熱帯魚店等で購入できます。
③蓋をします。
切り取った上側を押し込んで水で満たします。
その上からガラス管を通してゴム管を付けた栓をします。
このとき、ゴム栓の下側に空気が残らないように注意します。
ピンチコックでゴム栓をつまんでしっかりとゴム栓を閉じます。
二つとも同じように出来たら準備完了です。
植物が酸素を出すところを観察する
では実験を始めます。
①ペットボトルを照らす。
用意したオオカナダモと新聞紙の入ったペットボトルを並べて１００ワットの電球で照らします。
真夏なら直射日光が当たる場所に置いておくのも一つの方法です。
徐々に細かい泡が出てくるのが観察できます。
②４時間ほど経過をみます
４時間ほどそのまま待ちます。
両方のペットボトルの違いを確認します。
オオカナダモの入った方は上の部分に気体がたまっているはずです。
新聞紙の方は小さな泡が少し出ますが、特に大きな変化がないことを確認します。
日光に当てた時には時間の経過とともに日陰にならないように注意します。
③気体を集める
画像ではゴム管の先端も試験管も空気中にありますが、
ペットボトルの上の部分を下に沈めて、ゴム管が完全に水中に沈むようにします。
試験管の中に水を上まで入れて空気が入らないように指でフタをします。
次に試験管を沈んだゴム管にかぶせます。
この時点で試験管の先も水中にあるようにして空気が入らないようにします。
準備が出来たらピンチコックを少しずつ開いてペットボトル内の空気を試験管に集めます。
④試験管内の気体に火をつける。
気体がたまったら、試験管の口を指でしっかりと塞いで水から出します。
次は線香に火をつけて試験管の中に差し込みます。
おそらく、線香の火が明るくなるでしょう。
本来は純粋な酸素の中に火を入れると激しく燃え上がるのですが、この実験ではそれほどの燃焼は観察できないでしょう。
実験はこれで終了です。
ではこの結果を考察します。
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実験結果を考察する
この実験は植物が光合成で酸素を作り出すことを確かめる実験でした。
その観察結果をまとめると
◆オオカナダモのペットボトル
・徐々に細かい泡が出始めた
・４時間後は気体がペットボトル内にたまっていた
◆新聞紙のペットボトル
・細かい泡が栓の部分や新聞紙に付着した
・気体目立つほどたまっていなかった
となりました。
◆集めた気体は酸素なのか
先ほども少し触れましたが、集まった気体がもし純粋な酸素ならば線香の火は激しく燃えるはずです。
でも、多くは明るくなる程度で燃えるほどではないでしょう。
これは何を意味するのかを考えます。
上の結果から考えられることは
・
オオカナダモのペットボトルから集めた気体は酸素を含んだ気体である
新聞紙のペットボトルでも気体は少し発生したので、この実験では光合成で作られた酸素のほかにも水に溶け込んだ他の気体が混ざっていると考えられます。
◆結果
この実験方法でオオカナダモが光合成で酸素を作りたが、それだけを取り出すことはできなかった。
実際は植物は光合成で酸素を作り出しているときに同時に呼吸もしていますから酸素だけを取り出すことは不可能と思います。
新聞紙を入れたペットボトルを同じ条件で置くことで、こうした考察も可能になるわけです。
光合成でデンプンができることを観察する実験
この実験はおまけですが、もし、準備できるのならばそのままの流れで行うことができます。
時間に余裕があるときにはやってみるとよいでしょう。
◆準備するもの
・顕微鏡(４００倍以上もの)と観察用品一式
・エタノール
・ヨウ素液
・お湯(６０℃くらい)
◆実験のやり方
①先ほどの実験で使用したオオカナダモから葉を切り取ります。
②葉を試験管に入れたエタノールに浸けます。
③試験管を６０℃くらいのお湯に入れます。
④色が抜けて葉が白くなったら葉を水で洗います。
⑤葉を薄いヨウ素液に浸けます。
⑥顕微鏡で観察して青紫色のつぶつぶが確認できればデンプンができたことが確認できます。
光合成が行われたことの確認にもなる実験です。
顕微鏡とヨウ素液、エタノールなどを用意できたらやってみると面白い実験です。
植物が作り出した酸素のみを取り出すことは困難ですが、その酸素を含んだ気体を取り出すことは可能です。
今回はオオカナダモを入れたものだけで実験しても自由研究のテーマとしては少し浅い内容になってしまいます。
比べるものとして同じ条件で違うもの比較の対象としておくことで考察を深めることができます。
中学生以上が自由研究で理科の実験を行うときにはより深い内容をレポートにまとめられるように工夫してみてください。
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2017-05-09 18:52
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