夏休みの自由研究で少ない道具でできる実験の１つが磁石を使った実験です。
小学校４年生くらいまでには磁石の性質を学習するので
それを確かめるうえで実験を行ってみるのもよいでしょう。
今回取り上げる実験は二つです。
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共に磁石の性質を利用したものですが、行った後でしっかりとその理由と考察を行ってレポートにします。
その際の基礎的な知識も合わせて紹介していきます。
磁石で走る自動車を作ってみる
同じ極同士を近づけると反発しあう性質を利用して動く自動車を作ります。
◆用意するもの
・牛乳パック
・厚紙
・磁石(ドーナツ型のもの)
・ストロー
・竹ひご
・セロテープ
・コンパス(円を描く時に使う)
・ハサミなど
磁石は棒磁石よりもドーナツ型の磁石を使用した方が重量が軽く動きやすいでしょう。
いずれも同じものを二つ用意します。
◆作り方
①牛乳パックを良く洗って乾かしておきます。
乾いたら下側にする面にストローをセロテープで貼ります。
前輪と後輪の棒が入るように２か所に貼ります。
②タイヤを作ります。
厚紙にコンパスで円を描いて切り抜き、中心をペンでマークしておきます。
前後、計４つ作ったら、片方の中心に竹ひごを通します。
③組み立てる
ストローに竹ひごを通して、もう片方の車輪を通します。
竹ひごはストローよりも長くないと車輪がつきませんから気を付けてください。
④磁石を取り付ける
後ろの部分にドーナツ型の磁石を取り付けます。
セロテープで貼れば十分です。
このままでは牛乳パックに車輪がついただけですから、
折り紙を貼ったり、ペンで自動車らしく絵を描いてみたりするのもよいでしょう。
車輪の大きさは通常の大きい牛乳パックならば５センチくらいまでがよいと思います。
◆実験する
残っているマグネットを自動車の後ろ側についたマグネットに近づける。
同じ極同士を近づけるようにすると反発して、自動車が前に進みます。
うまくいかないときは、車輪がスムースに回るか、きちんとした円形に切り抜けているかどうかチェックしてください。
磁石の自動車の実験の考察
なぜ自動車が進む原理を確認します。
自由研究をまとめるときにはこの知識が必要になりますから。
◆磁石の磁力線
磁石にはS極とN極があり、
S極とN極は引き合い、
N極同士、S極同士は反発しあう
という性質があります。
出典http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/jikai1.html
棒磁石を例にとってみると、N極からS極に向かって→が出ているのが分りますね。
これを
磁力線と言います。
N極は磁力線が出る側、S極は磁力線を引き入れる側と思ってください。
出る側と引き入れる側同士は当然、引き付け合い、同じもの同士は反発しあう訳です。
画像はN極同士の例です。
出典http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/jikai1.html
最初の画像にあるように磁力線の上にコンパス(方位磁針)を置くと赤いN極がS極の方向を指します。
地球も大きな時期を持った大きな磁石で磁力線が南極から北極に向かって走っています。
南極がN極、北極がS極です。
なので、コンパスのN極は常にS極、つまり北を指すわけです。
この実験では磁石から出る磁力線と極同士の力の引き合い、反発を理解しましょう。
実験結果からこのあたりを中心にまとめましょう。
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磁力を復活させる実験
今度は少し変わった実験をします。
一度磁石の磁気を奪って、復活させる実験です。
◆用意するもの
・磁石(フェライト磁石)数個
・ハンマー
・フィルムケース
・ビニール袋
・ゼムクリップ
フェライト磁石とは酸化鉄から作られた磁石で、もっともよく利用されている磁石です。
購入の際には聞いてみましょう。
◆実験の方法
①磁石を砕く
ビニール袋に磁石を一つ入れてハンマーで細かく砕きます。
②フィルムケースに砕いた磁石を入れる
入れたらば蓋をしてこぼれないようにします。
③ゼムクリップを近づける
良く振ってゼムクリップを近づけます。
普通に磁石を入れたものならクリップがくっつくはずですね。
でも、このときはくっつかないはずです。
④もう一つの磁石でこする
フィルムケースの底の部分を砕いていない磁石でこすります。
⑤クリップを近づける
磁石でフィルムケースの底をこすった後でクリップを近づけると、
クリップはくっつくはずです。
この実験ではハンマーで手をたたかないように十分に注意してください。
出来れば大人の人に付き添ってもらうか、砕く作業はやってもらいましょう。
磁力が復活した理由は
普通の鉄も磁石にくっついた時にはほかの鉄を引き付けます。
ゼムクリップも磁石についたクリップにつながってくっついたのを観察つ出来たと思いますが、
これはほかの鉄も小さな磁石が集まってできているからです。
普段は中の磁石の向きがバラバラなので、磁力を持たないですが、
磁石にくっつけると、中の小さな磁石が規則正しく並ぶので磁力を持って他の金属を引き寄せます。
磁石にくっついた鉄がしばらくは磁石と同じように他の鉄を引き付けるけど、
次第にその力が弱くなっていくのを経験したことがあると思いますが、
それは中の磁石が時間とともに元に戻ったからです。
磁石と同じようにほかの鉄を引き付けるようになった釘を何か固いもので叩くと、磁石の性質はなくなります。
この実験では本来はN極とS極がきちんと並んでいる磁石に強い衝撃を与えて、その向きをバラバラにしたので磁力が無くなったのです。
ですが、ほかの磁石を近づけて向きを元通りの並びに戻してあげることで磁力が復活します。
今回、使用したフェライト磁石は強度が強くないので砕きやすい磁石です。
また、熱でも磁力をなくせますが、３２０℃から３４０℃の高温が必要です。
自由研究でまとめる時には
衝撃によって磁石に何が起こるのか、磁気が戻るのはなぜか
を中心にまとめます。
あわせて磁石についた鉄についての考察も加えるとよいでしょう。
磁石の自由研究は手軽で失敗しにくいという点でお勧めですが、
実験結果をきちんと考察してまとめる必要はあります。
実験がうまくいった、いかなかっただけではなく、
４年生くらいになれば磁力や極との関係もきちんと関連付けてまとめられるようしましょう。
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2017-06-11 08:30
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