【小3理科】光と音を図解で総まとめ—日光の進み方・鏡・虫めがね・音のふるえ｜武蔵野個別指導塾

かげのできる位置、鏡で重ねた日光と温度、音の大きさとふるえを図と例題で確かめます。虫めがねの安全な扱いと、家庭でできる観察の声かけも押さえましょう。

よくあるのは、通学電車の窓から差しこむ日光を見て、お子さまが「光はまっすぐ進むのに、鏡を向けるとどうして別の方へ行くの」と手を止める場面です。窓側の服は明るくなり、かばんの後ろにはかげができます。明るい場所には気づいていても、光がどこから来て、どこを通り、何にさえぎられたのかをつなげるところで迷います。

光と音の学習では、目に見えた結果や耳で聞いた感じを、物のはたらきと結びつけます。鏡に当たる前と後で光の道すじを分ければ、まっすぐ進むこととはね返ることは両立します。音も、聞こえたという結果から、音を出す物のふるえへ目を向けると説明しやすくなります。

保護者の方が確かめるときは、用語を先に答えさせるより、「どこを見てそう思ったの」と尋ねてみてください。場所、向き、温度、ふるえの違いを順に押さえれば、お子さま自身の言葉で観察の理由を話せるようになります。

この単元で身につけること

• 日光がまっすぐ進むことを使って、光の道すじを考えます。途中で物に当たるまでは、都合よく曲がって進むようには描きません。
• かげができる場所を、日光をさえぎる物と結びつけます。太陽、物、かげの位置関係を確かめることが出発点です。
• 鏡ではね返した日光もまっすぐ進むことを捉えます。鏡の向きを変えると、日光の当たる場所が変わることも押さえます。
• 日光には物をあたためるはたらきがあることを学びます。鏡で日光を同じ場所に重ねたり、虫めがねで狭い所に集めたりしたときの様子を比べます。
• 音が出ている物はふるえていることを確かめます。同じ物で音を大きくしたとき、ふるえも大きくなるという関係を言葉で表します。

これらは、生活科で日なたのあたたかさや身近な音に気づいた経験を、観察の決まりへつなげる学習です。「明るかった」「大きく聞こえた」で終わらず、何を変え、何が変わったのかを言えることを目指します。

基本の考え方

日光の道すじとかげをつなげる

太陽から来る光を日光といいます。日光は空気中をまっすぐ進みます。理科の図に描く線や矢印は、光の進む道すじや向きを表す印です。ふだん、空気中の道すじがその線のようにはっきり見えているわけではありません。紙や地面などに当たって明るくなった場所を手がかりに、光の進み方を考えます。

光を通さない物を日光の通り道に置くと、その向こう側には日光が直接届かない場所ができます。これがかげです。図1のように、太陽の側から同じ向きに進む日光を考えると、物のどちら側にかげができるかを判断できます。かげは、物が黒い色を地面に出しているのではなく、日光がさえぎられてできています。

図1では、左上から来た日光を棒がさえぎり、棒の右側の地面にかげができています。棒の先端を通る光の道すじを地面までたどると、かげの端の位置がつかめます。破線はかげの境目を考えるための補助線で、棒を通り抜けた日光を表しているのではありません。ここでは位置関係を示すために棒を横から描いています。かげの長さを計算して求める必要はありません。

「かげはいつも右」と覚えると、日光の来る向きが変わった図で困ります。まず矢印を見つけ、次にさえぎる物を見つけてください。右か左かという紙面上の位置よりも、「日光が来る側と反対の側」という関係が大事です。また、かげにも周りからの光が届くので、必ず真っ暗になるとは限りません。日光が直接当たる場所との違いに注目します。

太陽の見える位置が変わると、同じ棒でもかげの向きや長さは変わります。時間の違うかげを比べるときには、棒を同じ場所に立てておく必要があります。棒の位置まで動かしてしまうと、何によってかげが変わったのかがわかりにくくなるからです。太陽の位置を確かめるために、太陽を直接見てはいけません。

鏡ではね返すことと虫めがねで集めること

鏡に日光が当たると、日光ははね返されます。鏡ではね返った後も、光はまっすぐ進みます。「まっすぐ」という言葉は、鏡に当たっても向きが変わらないという意味ではありません。鏡に当たるまでの道すじと、鏡から先の道すじを分けて捉えると、向きが変わる場所がはっきりします。

鏡の向きを変えると、はね返った日光の進む向きが変わり、壁などの明るくなる場所も動きます。鏡そのものが光を作っているわけではありません。日光が来ていることと、その日光を鏡がはね返していることを、順番につなげて説明します。鏡ではね返した光も、人の顔や目に向けてはいけません。

複数の鏡ではね返した日光を同じ場所に重ねると、その場所は明るくなり、あたたまりやすくなります。鏡の枚数だけでなく、日光が本当に同じ場所に重なっているかが重要です。別々の場所に当てたままでは、日光を重ねたときの変化を調べたことになりません。温度を比べるときには、当てる時間や当てる物もそろえます。

虫めがねは、通ってきた日光を狭い所に集めることができます。鏡では「はね返す」、虫めがねでは「通った日光を集める」という違いがあります。授業で日光の集まり方を観察すると、虫めがねと紙の間隔によって明るい部分の大きさが変わります。小さく集まった所は強く熱せられるので、明るい部分の大きさだけを見て安全だと判断してはいけません。

虫めがねを通して太陽を見ることは絶対にしません。日光を集めた所に手を出すことや、人の体、服、燃えやすい物に光を集めることもしてはいけません。家庭では日光を集める実験を行わず、授業での記録や図を使って確かめます。使わない虫めがねは、日光の当たらない場所にしまいます。物を大きく見る使い方と、日光を集める使い方を区別して扱う必要があります。

音を出している物のふるえに注目する

音が出ている物はふるえています。輪ゴムを軽くはじくと、輪ゴムが動きながら音を出します。たいこなら、たたいた面がふるえます。音が耳まで届くことだけに注目せず、「どの物の、どの部分がふるえているか」を探すのが、この単元の見方です。

ふるえとは、物がもとの位置の周りを行ったり来たりする動きです。同じ輪ゴムを同じ張り方ではじくとき、音が大きいと、ふるえも大きくなります。音が小さくなるにつれて、ふるえも小さくなっていきます。耳で聞いた変化と目で見た変化を対応させると、「強くはじいたから大きい」で止まらず、「ふるえが大きくなったので音も大きくなった」と説明できます。

ただし、音が出ている物のふるえが、いつも目ではっきり見えるとは限りません。小さなふるえは見つけにくいことがあります。目で見えないからふるえていない、とすぐには決めません。また、離れた所で聞くと音が小さく感じられることがあります。音を出す物のふるえとの関係を比べるには、同じ位置で聞くことも必要です。

糸電話では、声によってふるえた紙コップの底から、張った糸を通して相手の紙コップへふるえが伝わります。糸をたるませたり途中を押さえたりすると、伝わり方が変わります。音は空気だけでなく物を通しても伝わる、と身近な道具から捉えられます。大声を出す競争にせず、聞こえ方と糸の様子を比べることが学習になります。

例題で解き方を確かめる

例題1　かげができる側を選ぶ

校庭に光を通さない板を立てました。日光は左側から斜め下に向かって進んでいます。板の左側をA、右側をBとすると、地面にかげができるのはどちら側ですか。また、その理由を「日光」という言葉を使って説明しましょう。

1. 日光が来る側を確かめます。左右を先に暗記するのではなく、問題文の「左側から」という言葉を手がかりにするためです。
2. 日光の通り道を板までたどります。板に当たった所で日光がさえぎられるので、板を通り抜ける矢印を描かないようにします。
3. 板の向こう側にある地面を選びます。左から来た日光がさえぎられると、右側には日光が直接届かない部分ができるからです。

理由は「板があるから」だけでは、板が何をしたのかが伝わりません。「板が日光をさえぎるから」と書くと、物と光の関係を説明できます。もし日光が右から来る問題に変われば、答えの側も変わります。図1のように光の向きを先に押さえる解き方なら、図が逆向きでも同じ手順で考えられます。

答え：B側です。板が日光をさえぎり、B側の地面の一部に日光が直接届かなくなるからです。

例題2　鏡の枚数と温度の記録を読む

鏡ではね返した日光を、同じ種類の黒い板の決めた場所に当てた記録です。鏡が複数のときは、その場所に日光を重ねました。初めの温度はどれも20℃、日光を当てた時間はどれも3分です。次の表から、鏡3枚の場合は鏡1枚の場合より、温度の上がり方が何℃大きかったか求めましょう。

図2のように、鏡から来る日光を同じ場所に重ねたことを確かめてから、表を読みます。図の橙色の矢印は鏡から出た後の日光だけを表しており、太陽から鏡までの道すじは省いています。

1. それぞれの温度がどれだけ上がったかを求めます。あたたまり方を比べるには、最後の温度だけでなく初めからの変化を見るためです。鏡1枚では24−20＝4℃、鏡2枚では27−20＝7℃、鏡3枚では29−20＝9℃です。
2. 問われている組み合わせを選びます。今回は鏡3枚と鏡1枚の比較なので、9℃と4℃を使います。表にある数をすべて足す問題ではありません。
3. 上がった温度の違いを引き算します。9−4＝5℃なので、鏡3枚の場合の方が温度の上がり方は5℃大きいと読み取れます。

図2は光が重なる場所を示す図で、矢印の本数から温度を計算する図ではありません。鏡の枚数が増えると必ず同じ数ずつ温度が上がる、という決まりもこの表からは言えません。日光の強さや周りの条件で温度は変わるので、記録から言える範囲で答えます。

答え：鏡3枚の場合は鏡1枚の場合より、温度の上がり方が5℃大きくなっています。

例題3　日光を集めた記録から安全な判断をする

虫めがねを使った授業の記録に、「日光の当たる紙、天気、当てる時間をそろえ、紙の明るい部分が広い場合と、小さく集まった場合を比べた」とあります。日光が小さく集まった所と広い所では、どちらが強く熱せられますか。また、その場所の熱さを指で確かめてよいですか。

1. 同じ条件と違う条件を分けます。紙や時間まで変えてしまうと、日光の集まり方による違いか判断しにくいからです。この記録で比べているのは、日光が広がっているか、小さく集まっているかです。
2. 同じ虫めがねを通った日光が、どの範囲に集まるかを考えます。狭い所に日光が集まる場合は、その部分が強く熱せられるからです。「明るい部分が広いほど熱い」とは考えません。
3. 観察の答えと安全な行動を分けて書きます。強く熱せられる場所だとわかるほど、触って確かめる行動は避ける必要があるからです。熱さを確かめるために指を置くのは危険です。

虫めがねを紙に近づけ続ければ、いつまでも日光が小さく集まるわけではありません。間隔によって明るい部分の大きさは変わります。この問題は自分でその位置を探す指示ではなく、授業で残した観察記録を読む問題です。

答え：日光が小さく集まった所の方が強く熱せられます。やけどのおそれがあるので、指で確かめてはいけません。

例題4　音の大きさを比べる条件を選ぶ

同じ箱に張った同じ輪ゴムを使い、弱くはじいたときと少し強くはじいたときの音を比べます。輪ゴムの張り方と、音を聞く位置は同じにしました。少し強くはじいたときの方が音は大きく、輪ゴムが行き来する範囲も大きく見えました。この結果から言えることを、「音」「ふるえ」を使って書きましょう。

1. 変えたことを見つけます。この実験では、はじく強さだけを変えているため、違う輪ゴムの性質と取り違えずに比べられます。
2. 耳で聞いた結果と目で見た結果を並べます。大きな音と大きなふるえが、同じときに観察されていることを確かめるためです。
3. 結果の関係を文にします。「強くした」だけでは何が変化したかわからないので、音の大きさとふるえの大きさの両方を入れます。

ここで比べているのは、音の高い・低いではなく、大きい・小さいです。「大きな音だから高い音」と言い換えることはできません。また、聞く人が輪ゴムに近づいてしまうと、聞こえ方の違いに距離の影響が入ります。条件をそろえたからこそ、音とふるえを結びつけて読めます。

答え：同じ輪ゴムでは、音が大きいときはふるえも大きくなっています。

つまずきやすいところと直し方

鏡に当たった後の光を曲線で描く

誤った書き方は、「鏡ではね返った光は、曲がりながら壁へ進む」です。鏡で向きが変わることと、鏡から先で曲がり続けることを混ぜています。どこで向きが変わったのかを示さないまま、光の線全体を曲線にしてしまう点が違います。

正しい書き方は、「日光は鏡ではね返り、はね返った後もまっすぐ進む」です。直すときには、鏡に当たる所に印を置き、その前後を別々の直線で描きます。かげの問題も同じように、物に当たるまでの道すじを先にたどります。「まっすぐ進むならかげの中にも入る」という説明には、物が日光をさえぎっていることを付け足す必要があります。

鏡の枚数だけを見てあたたまり方を決める

誤った書き方は、「鏡を増やせば、どこに光を当てても、調べる場所がもっとあたたまる」です。鏡からの日光が別々の場所に当たっているなら、調べる場所に日光を重ねたことにはなりません。図2で矢印が同じ場所に向かっているのは、この条件を示すためです。

正しい書き方は、「複数の鏡ではね返した日光を同じ場所に重ねると、その場所はより明るくなり、あたたまりやすくなる」です。表を読む前に、光を当てる場所、時間、物がそろっているか確認します。虫めがねについても、道具を持っているだけで熱くなるのではなく、日光がどこにどのように集まっているかを見ます。

大きな音を「ふるえが速い」と説明する

誤った書き方は、「大きな音のときは、輪ゴムが速くふるえる」です。今回の観察で比べているのは、ふるえの速さではなく、行ったり来たりする範囲です。音の大きさを答える場面で、確かめていない別の性質を持ち込んでいる点が違います。

正しい書き方は、「同じ輪ゴムで大きな音が出るときは、ふるえが大きい」です。図3のように、もとの位置と、両側へ最も動いた位置を並べると、ふるえの大きさを比べられます。図の色のついた曲線は別々の瞬間の輪ゴムの位置で、輪ゴムが何本もあるという意味ではありません。

図3では輪ゴムの両端を固定し、中央付近の動く範囲を比べています。実際の輪ゴムの動きを見やすく示した模式図で、目にこの形の線が残り続けるわけではありません。お子さまが「びりびりした」と話したときには、その感覚を否定せず、「動く範囲はどう違ったかな」と具体的な比較へ戻します。

練習問題

練習1　かげの理由を説明する

日光が右側から斜め下へ進んでいます。光を通さない箱を地面に置いたとき、かげは主に箱の右側と左側のどちらにできますか。「日光をさえぎる」という言葉を使い、理由も書きましょう。例題と日光の向きが変わっていることに気をつけてください。

練習2　温度の変化を比べる

同じ条件で、鏡1枚の日光を当てた板と、鏡2枚の日光を同じ場所に重ねた板を比べました。初めはどちらも18℃で、同じ時間がたつと、鏡1枚の板は21℃、鏡2枚の板は25℃になりました。それぞれ何℃上がりましたか。また、温度の上がり方の違いは何℃ですか。

練習3　虫めがねの記録を読み直す

「虫めがねで日光が小さく集まった所は、広く当たる所より熱くなりにくい」と書かれています。この文を正しく直しましょう。さらに、日光の集まった所に手を出してはいけない理由を短く添えてください。

練習4　音を比べる実験を直す

同じ輪ゴムを弱くはじいたときは近くで聞き、少し強くはじいたときは離れて聞きました。音の大きさとふるえの大きさの関係を調べるには、聞く位置をどう直すとよいですか。また、同じ位置で比べたとき、音が大きい方のふるえはどうなると考えられますか。

答えと解説

練習1の答え：左側です。箱が右側から来る日光をさえぎるため、左側の地面の一部に日光が直接届かなくなります。左右だけで答え合わせをせず、日光が来る向きと反対の側を選べているか確かめます。

練習2の答え：鏡1枚では3℃、鏡2枚では7℃上がり、上がり方の違いは4℃です。21−18＝3℃、25−18＝7℃を求めてから、7−3＝4℃と比べます。25℃という最後の温度そのものを、上がった温度として答えないようにします。

練習3の答え：日光が小さく集まった所は、広く当たる所より強く熱せられます。手を出すとやけどのおそれがあります。小さい明るい部分だから熱も小さい、とは判断できません。観察の説明と危険を避ける行動を、両方書ければ十分です。

練習4の答え：どちらも同じ位置で聞きます。同じ輪ゴムなら、音が大きい方がふるえも大きいと考えられます。聞く距離まで変わっていると、輪ゴムのふるえだけによる違いを比べにくくなります。輪ゴムの張り方も同じにしておきます。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

日光が物をあたためることは、これから学ぶ日なたと日かげの地面の様子や、物のあたたまり方につながります。音の学習で身につける「変える条件を決めて比べる」という見方は、風やゴムの力を調べるときにも使えます。光と音を一緒の仕組みと考えるのではなく、それぞれの観察に合う手がかりを選ぶ姿勢が土台になります。

家庭での確かめ方の1つ目は、保護者の方と5分ほど、窓から日光が差す床で、光を通さない本のかげを探すことです。太陽を見ることはせず、床の明るい部分と本のかげを見ます。「日光はどちらから来たかな」「本を少し動かすとかげはどうなるかな」と尋ねてください。窓から身を乗り出したり、高い所に上がったりする必要はありません。日光が入らない日は無理に行わず、別の日にします。

2つ目は、室内で保護者の方と5分ほど、丈夫な空き箱に緩めにかけた輪ゴムを軽くはじく観察です。傷んだ輪ゴムは使わず、顔を近づけず、無理に引っ張りません。同じ位置で聞き、弱くはじいたときと少し強くはじいたときの音と動きを比べます。最後に輪ゴムへそっと触れてふるえを止め、音も止まることを確かめると、音を出す部分がはっきりします。

個別指導で答えが止まるときには、「結果はどこで見たのか」「何を変えたのか」の読み取りまで戻ります。かげの位置なら日光の矢印、音ならふるえる部分を指せることを確かめてから、理由を文にします。

まとめ

お子さまが「どうして」と尋ねたとき、すぐに正しい用語が出なくても、図の中で光の道すじをたどったり、音を出す物の動きを指したりできれば、説明の足場はできています。保護者の方は「その考えはどこから出たの」と問い、観察した事実へ戻る手助けをしてください。

かげの位置や音の大きさを、見たこととつないで語れるようになると、理科の答えは単なる言葉の記憶から変わります。かげの向こうにはさえぎられた日光があり、音の出どころにはふるえる物があります。