家庭で出来る理科実験!紫キャベツ、ペットボトルの雲、色水タワーの紹介

家庭で出来る理科実験

中学受験の理科の入試問題で、たまに出題されることがある「実験問題」。

この実験問題は、解答を知らなければ全く解くことが出来ず、苦手だというお子さんも多いと思います。テキストだけの学習では、なかなか答えが頭に入ってきにくい問題でもありますね。

こういう実験問題は、なるべくご家庭で実際にやってみましょう。ガスバーナーや、特別な試薬や器具を使うのは無理ですが、カンタンに手に入る材料で行える実験も沢山あります。

百聞は一見にしかずと言いますが、結果を自分の目や感覚で確認すれば、一発でその問題はマスターです。

実験は理科における最大の醍醐味。お子さんを理数系に育てる為にも、家庭での実験に挑戦してみてはいかがでしょうか。ここではカンタンにできる幾つかの実験をご紹介します。

紫キャベツ液の色が変わる実験

中学受験では「紫キャベツを刻んで水の中でよく揉んで色を抽出した。この液にレモン汁を加えると何色になりますか。また、重曹を加えると何色になりますか」という問題が出ることがあります。

これは紫キャベツに含まれるアントシアニンというポリフェノールが溶液の酸性度(水素イオンの量)によって色を変化させることを問う問題です。

ゴロで覚えるのも良いのですが、それも少々味気ないですので、是非台所で実験をしてみましょう。

紫キャベツの実験に用意する物

紫キャベツの千切り、ポリ袋、水、お酢、レモン汁、砂糖、重曹、塩

手順

  1. 紫キャベツの千切りをポリ袋に入れ、そこにキャベツが浸るように水を入れ、よく手で揉んでキャベツの色素を抽出する。(→以下、キャベツ液と呼ぶ)
  2. キャベツ液を6つの透明なコップに分けて注ぐ。
  3. お酢、レモン汁、砂糖、重曹、塩を事前に味見する(どんな味がするかを確認しましょう)。
  4. 2のコップそれぞれに、お酢、レモン汁、砂糖、重曹、塩を少量加え、色の変化を観察する。1個のコップには何も入れない(これを実験ではブランクと呼び、指標の元とします)。
  5. 色の濃淡でコップを並び替え、色の変化を観察する。

考察

キャベツ液の色(色素)が酸性度(pH)によって変わる実験です。お酢→レモン汁→砂糖→重曹の順に色が赤→ピンク→緑→黄と変化します。

この色素のpHによる変化は紅茶でも観察でき、紅茶にレモンを入れた時は色がオレンジ色に近くなり、砂糖を入れた時は暗褐色に変化しますね。キャベツ液に塩を入れた場合はどうなるかも確認してみましょう。

酸っぱいものが酸性で、その反対がアルカリ性であるということも確認しましょう。

ペットボトルの中で雲を作る実験

空気と気圧、温度の関係を問う問題もよく出題されます。フィズキーパーという炭酸が抜けない様な仕組みを持ったペットボトルキャップを使って、ペットボトルの中に雲を作ってみましょう。

用意する物

炭酸用ペットボトル(500mL)、フィズキーパー、霧吹き

手順

  1. ペットボトルにフィズキーパーを取り付け、ペットボトルの中に霧吹きで水を一吹きする。
  2. フィズキーパーを閉め、ポンプを30回くらい押してペットボトルの中に空気を貯めていく。
  3. ペットボトルの中に空気がパンパンに入ったら、コックを押して一気に蓋を開ける。
  4. ペットボトルの中が白く曇り、雲が発生することを観察する。

考察

気圧と温度の関係は比例しています。圧縮されてペットボトルの中の気圧が高まると温度が上がり、ペットボトルの中の水分が気化(気体になる)して水蒸気に変わります。

蓋を一気に開けて気圧を下げると温度も下がり、水蒸気が液体に戻って白く見える雲となります。

気圧を体感する為には、標高の高い所に封をしたままのスナック菓子などを持っていき、袋がパンパンに膨らむことを確認してみましょう。

これは標高が高くなることで周りの気圧が下がり、袋の中の空気を押す力が弱まるからです。

また標高の高い所でお湯を沸かしてみて、沸騰する温度が平地とはどう異なるかを観察してみましょう(沸騰する温度が100度より低くなります)。

塩水で色水タワーを作る実験

「氷は水に浮かびますか?」「水の入ったコップの中で物体Aが沈んでいる所に塩を足していくとAはどうなりますか」など、密度と浮力に対する問題もよく出題されます。身近な野菜を使って実験してみましょう。

材料

透明なコップ×2個、水、塩水、ミニトマト

手順

  1. 1つ目のコップに水を入れ、2つ目のコップに塩水を入れる。
  2. 水が入ったコップの中にミニトマトを静かに沈ませる(沈むような重たいトマトを選びます)。
  3. 2のコップに塩水を少しずつ静かに注いでいき、ミニトマトがどうなるかを観察する。

考察

塩水をある程度足していき、一定の塩濃度に達するとトマトは浮いてきます。

同じ体積当たりのトマトの重さが、水の重さに比べて重かった為、最初はトマトは沈んでいましたが、塩濃度が高まることで同じ体積当たりのトマトの重さが塩水のよりも軽くなり、塩水中に浮かんできます。

水を凍らせた氷が水に浮かぶのも同じ原理です。水は凍ると体積が増える性質を持っており、同じ重さの水と氷を比べた時に同じ体積当たりの重さは氷の方が軽くなります。よって氷は水に浮かぶのです。

まとめ

学研キッズネットというサイトにはすぐに家庭でできる実験が沢山紹介されています。無料会員登録をすると、実験のやり方が書いてあるシートがpdfでダウンロードできますので、自由研究などにも使え便利ですよ。是非活用してみて下さいね。(kidsnet: https://kids.gakken.co.jp/jiyuu/idea_db/109.html

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