【小3理科】じしゃくと電気を図解で総まとめ—極・引き合う しりぞけ合う・回路と豆電球｜武蔵野個別指導塾

向かい合う極の見分け方、豆電球がつく回路、鉄・銅・アルミニウムの性質を3枚の図で整理します。観察記録を読む例題と練習問題を通して、答えの理由まで親子で確かめられます。

よくあるのは、塾の面談の席で、お子さまが「アルミニウムはじしゃくにつかなかったから、電気も通さないと思った」と話し、保護者の方も説明の出発点に迷うという場面です。じしゃくにも電気にも金属が登場します。それだけに、別々に調べた性質を、同じ決まりとして覚えてしまいやすい単元です。

まず分けたいのは、「何でできているか」と「どのようにつないだり、向けたりしたか」です。じしゃくにつくかは材料を調べます。じしゃくどうしが引き合うかは、向かい合う極を見ます。豆電球が明かりを出すかは、電気が通れるつながりをたどります。見る場所を決めると、見た目の印象で答えることが減っていきます。

この単元で目指すのは、用語を言えることに加え、結果を見て理由を短く説明できることです。図のどこを指せばよいか、比べるときに何を同じにするかまで、例題と練習問題で確かめていきましょう。

この単元で身につけること

• じしゃくにつく物を、材料に注目して見分けます。鉄はつきますが、金属がすべてつくわけではありません。物の色や光り方だけでは決めないようにします。
• N極とS極の関係を説明します。同じ極どうしはしりぞけ合い、違う極どうしは引き合います。棒じしゃく全体の向きより、向かい合う端に注目します。
• 鉄がじしゃくになる様子を読み取ります。じしゃくに引きつけられた鉄が、別の鉄を引きつけることがあります。元のじしゃくを離したあとの様子も調べます。
• 豆電球がつく回路をたどります。かん電池、導線、豆電球が、電気の通るひと続きの輪になっているかを確かめます。
• 電気を通す物を実験結果から判断します。電気を通すことと、じしゃくにつくことを別々に記録し、鉄・銅・アルミニウムの違いを整理します。

低学年の生活科で身近な物に触れ、違いを見つけてきた経験が、材料やつなぎ方をそろえて比べる理科の学びにつながります。保護者の方は、正解をすぐ伝える前に「何を調べた結果かな」と聞くと、お子さまが使っている決まりを確かめられます。

基本の考え方

じしゃくにつく物と、極のはたらき

じしゃくには、鉄を引きつける性質があります。鉄でできたクリップなどを近づけると、触れる前から動くことがあります。じしゃくの力は、離れていてもはたらくからです。ただし、どれだけ離れていても同じように引きつけられるわけではありません。同じ物で比べるときは、じしゃくとの間の距離にも目を向けます。

金属にはいろいろな種類があります。鉄はじしゃくにつきますが、銅やアルミニウムはつきません。「金属だからつく」というまとめ方では、銅やアルミニウムの結果を説明できません。鉛筆やはさみのように、違う材料を組み合わせた道具もあります。道具の名前を丸ごと覚えるより、「どの部分に近づけたか」「その部分の材料は何か」を記録するほうが確かです。

棒じしゃくでは、鉄を引きつけるはたらきが強い部分が両端にあります。この部分を極といい、N極とS極があります。じしゃくの色は見分けやすくするための目印で、色そのものに決まりがあるわけではありません。実物を調べるときは、NやSの表示を確認します。自由に回れるようにした棒じしゃくが止まったとき、ほぼ北を向く極がN極、ほぼ南を向く極がS極です。近くのじしゃくや鉄の物の影響には注意します。

図1のように、違う極を向かい合わせると引き合い、同じ極を向かい合わせるとしりぞけ合います。上の組では、左の棒じしゃくの右端と、右の棒じしゃくの左端を見ます。遠い側の端を見て答えないことが大事です。

図1の矢印は、じしゃくが動こうとする向きを表しています。上では互いに近づき、下では互いに遠ざかります。N極とN極だけでなく、S極とS極も同じ極どうしなのでしりぞけ合います。棒じしゃくを片方だけ回すと、向かい合う極が変わり、引き合うかしりぞけ合うかも変わります。

鉄がじしゃくになる様子を確かめる

じしゃくについた鉄のクリップに、別の鉄のクリップがつくことがあります。これは、じしゃくに引きつけられた鉄が、じしゃくのはたらきをするようになったためです。じしゃくを鉄から離しても、その鉄が別の鉄を引きつけることがあります。残るはたらきの強さは材料や状態によって違い、いつでも同じ長さの鎖ができるとは限りません。

確かめるときは、最初からその鉄が別の鉄を引きつけていなかったかを見ておきます。そのあとでじしゃくをつけ、離してからもう一度調べます。「つける前」と「離したあと」を比べると、元のじしゃくが近くにあるために引きつけているだけなのか、鉄にじしゃくのはたらきが残ったのかを考えやすくなります。

また、普通の鉄がじしゃくに引きつけられたという結果だけでは、その鉄をN極やS極と決められません。鉄がつくかを調べる実験と、じしゃくどうしの極を調べる実験では、相手が違います。記録には「鉄片」「N極の表示がある棒じしゃく」のように、何を近づけたのかも書きます。

電気が通る輪と豆電球

かん電池には＋極と−極があります。導線と豆電球を使い、かん電池の一方の極から豆電球の中を通って、もう一方の極まで電気が通れるようにつなぐと、豆電球がつきます。このような電気の通り道を回路といいます。ここでは、枝分かれのない基本の回路を考えます。

豆電球には、電気を通すためにつなぐ場所が分かれてあります。金属の横の部分と、底の小さな金属部分です。この2か所は、豆電球の中の細い線であるフィラメントの両側につながっています。ガラスに導線を当てたり、同じ側の金属だけに導線を当てたりしても、正しいつながりにはなりません。家庭では、裸の導線を手で押さえ続けるより、学習用の豆電球ソケットとかん電池ホルダーを使って確かめます。

輪の途中が切れていれば、豆電球はつきません。また、見た目が輪でも、途中に電気を通さない物があればつきません。導線の外側の被ふくは電気を通しにくく、中の金属とは役割が違います。調べる物に触れる部分が被ふくに覆われていないか、接点が外れていないかも確認します。

鉄・銅・アルミニウムなどの金属は電気を通します。一方、この単元で調べる乾いた紙やプラスチックなどは電気を通しません。ただし、金属製の物でも表面に塗装や被ふくがあると、接点で電気が通らないことがあります。実験の結果は、材料だけでなく、どこにどのように触れさせたかと一緒に読む必要があります。

実験では、器具に合うかん電池と豆電球を使い、保護者の方が付き添います。かん電池の＋極と−極を、豆電球を通さず導線だけで直接つないではいけません。発熱する危険があります。コンセントや家庭用電気製品は使わず、つなぎ替えるときや確かめ終わったときは、かん電池を回路から外します。

例題で解き方を確かめる

例題1　じしゃくにつく材料を記録から選ぶ

同じ棒じしゃくを、同じ近づけ方で5種類の物に近づけました。材料は表のとおりで、それぞれ単一の材料の試料です。じしゃくにつく物をすべて選び、「金属ならすべてつく」という説明が正しいかも答えましょう。

1. 問題が聞いているのは、電気ではなくじしゃくの性質だと確かめます。似た単元の決まりを混ぜず、表の見出しに合う結果を読みます。
2. 「ついた」と書かれた行を選びます。見た目の予想より、示された観察の結果を根拠にするためです。
3. 金属の仲間である銅とアルミニウムの行を見ます。金属でもつかなかった物があるので、「すべてつく」とは言えません。

答え：つく物は鉄で、「金属ならすべてつく」という説明は正しくありません。

この問題では、つかなかった材料の名前も説明の役に立ちます。「違うと思う」だけで終わらず、「銅やアルミニウムは金属だが、つかなかった」と言えれば、観察と判断がつながっています。なお、この表で調べていない材料についてまで、結果を広げて断定しないようにします。

例題2　引き合うかどうかを極から考える

左の棒じしゃくは、左端がN極、右端がS極です。右の棒じしゃくは、左端がN極、右端がS極です。この2本は引き合うでしょうか。また、右の棒じしゃくだけを左右逆に置き直すと、どうなるでしょうか。図1の上の組から考えます。

1. じしゃくの間にある端だけを読みます。最初に向かい合うのは左のS極と右のN極で、離れた側のN極とS極ではありません。
2. S極とN極は違う極なので、引き合うと判断します。覚えている言葉を使う前に、向かい合う文字を確定させるのが手順です。
3. 右の棒じしゃくを逆にしたあとの左端を考えます。今度はS極とS極が向かい合うので、同じ極どうしの決まりを使います。

答え：最初は引き合い、右の棒じしゃくだけを左右逆にするとしりぞけ合います。

両方の棒じしゃくを同時に左右逆にした場合には、向かい合うのはN極とS極で、やはり引き合います。「回したから必ず結果が逆になる」と覚えるのではなく、置き直したあとの端をそのつど読みましょう。図にNとSを書き込むと、頭の中だけで回す負担を減らせます。

例題3　豆電球がつくつながりをたどる

図2のAとBでは、器具に合うかん電池と、切れていない豆電球を使っています。導線も金属の接点も正しくつながり、Bの下側のすき間以外に外れた場所はありません。どちらの豆電球がつくでしょうか。図の丸の中の線は、豆電球の中のフィラメントを簡単に表したものです。

1. かん電池の一方の極から、導線を指でたどります。図2の線を追うと、豆電球までのつながりを確かめられます。
2. 豆電球の中を通ったあと、もう一方の極まで続くかを見ます。豆電球に線が届いているだけでは、輪になったとは言えないためです。
3. AとBで違う場所を確かめます。Aはひと続きですが、Bは下側にすき間があり、電気の通り道が切れています。

答え：Aはつき、Bはつきません。

図2のAでは、かん電池を左右逆の向きにしても、正しくつながった普通の豆電球はつきます。小3では、＋極だけが豆電球に触れていればよいという理解にならないことが先です。実物でつかない場合は、すぐに材料の性質を決めず、接点の外れ、豆電球の切れ、かん電池の状態を順に確かめます。

例題4　電気を通す物と、実験の条件を選ぶ

正しくつなぐと豆電球がつくことを確かめた回路の、一部を調べる材料に置き換えました。鉄・銅・アルミニウムではつき、プラスチック・乾いた紙ではつきませんでした。調べた5種類のうち、「じしゃくにはつかず、電気は通す材料」は何種類ありますか。また、乾いた紙の実験だけで別の豆電球に取り替えてはいけないのはなぜでしょうか。

1. 例題1の表で、じしゃくにつかなかった材料を拾います。まず一方の条件を満たす候補を絞ると、2つの性質を取り違えにくくなります。
2. その候補のうち、今回豆電球がついた材料を残します。銅とアルミニウムが残り、プラスチックと乾いた紙は残りません。
3. 残った材料を数え、実験で変えてよい条件を考えます。材料の違いを調べたいので、豆電球まで変えると、つかない原因が材料なのか豆電球なのか判断しにくくなります。

答え：2種類で、材料だけの違いを比べられるように、同じ豆電球を使います。

実験の表を読む問題は、知識だけでなく比べ方も問います。かん電池、豆電球、接点のつなぎ方をそろえ、調べる材料を変えると、結果の違いを材料に結びつけられます。初めにつくことを確認していても、途中で導線が外れる場合があります。つかなかった結果が出たときは、つくことがわかっている材料で、回路の状態をもう一度確認するのも有効です。

つまずきやすいところと直し方

「じしゃくにつかないから電気も通さない」と書く

誤った書き方は、「アルミニウムはじしゃくにつかないので、電気を通しません」です。どこが違うかというと、じしゃくで調べた結果を、電気の実験の結果として使っている点です。性質ごとに調べる方法が違うので、片方の結果だけではもう片方を決められません。

正しい書き方は、「アルミニウムはじしゃくにつきませんが、電気を通します」です。図3のように、同じ材料の横に2つの結果を並べると、鉄と銅・アルミニウムの違いが見えます。丸はその性質があること、ばつはないことを表しています。表は、表面に塗装などがない金属を、正しい回路で調べた場合です。

図3を使うときは、「丸が多い物」を探すのではなく、列の見出しを声に出して読んでみます。銅の行を横にたどり、「じしゃくにはつかない、電気は通す」と別々の文にすると、2つの結果をまとめすぎずに理解できます。

「N極があるから、必ずしりぞけ合う」と書く

誤った書き方は、「この棒じしゃくはN極なので、相手をしりぞけます」です。どこが違うかというと、棒じしゃくにはN極とS極があり、結果は相手のどちらの極を向けるかでも変わる点です。片方の極だけを見て、動きを決めることはできません。

正しい書き方は、「N極とN極が向かい合うので、しりぞけ合います」です。答えに両方の極を入れると、判断の根拠がはっきりします。直すときは、図の向かい合う端に小さな印をつけてから、同じか違うかを読みます。相手が普通の鉄片なら、N極でもS極でも引きつけるので、じしゃくどうしの問題と区別します。

「線が豆電球に触れているからつく」と書く

誤った書き方は、「かん電池からの線が豆電球に届いているので、明かりがつきます」です。どこが違うかというと、豆電球を通って、かん電池のもう一方の極までつながる条件が抜けている点です。片側だけのつながりや、途中が切れたつながりでは、豆電球はつきません。

正しい書き方は、「豆電球の中を通って、かん電池の両方の極につながる輪になっているので、明かりがつきます」です。図2を使い、線のない場所を飛び越えずに指でたどると、途中のすき間を見つけられます。ただし、輪なら何でもよいのではありません。豆電球を通らず、かん電池の両極を導線だけでつなぐ形は危険なので作りません。

練習問題

練習1　2つの性質を組み合わせる

鉄・銅・アルミニウム・プラスチック・乾いた紙を、それぞれ適切な方法で調べました。この中で、じしゃくにつき、電気も通す材料を選びましょう。また、じしゃくにはつかず、電気は通す材料をすべて選びましょう。金属の表面には塗装や被ふくがないものとします。

練習2　見えない極を考える

棒じしゃくの端Aに、別の棒じしゃくのN極を近づけると、しりぞけ合いました。Aは何極でしょうか。また、同じ棒じしゃくの反対側の端BにN極を近づけると、どうなるでしょうか。答えには、向かい合う極の関係も添えましょう。

練習3　回路の結果を読む

同じかん電池と豆電球を使う、枝分かれのない回路があります。条件アはすべて正しくつながっています。条件イは途中の接点が1か所外れています。条件ウは途中に乾いた紙をはさみ、そこだけ金属どうしが触れないようにしました。豆電球がつく条件を選び、残りがつかない理由を書きましょう。

練習4　鉄の変化を記録から説明する

ある鉄のクリップは、初めには別の鉄のクリップを引きつけませんでした。じしゃくにつけたあと、元のじしゃくを十分に遠ざけても、別の鉄のクリップを引きつけました。この記録から、この鉄のクリップにどのような変化が起きたと言えますか。また、そのはたらきがいつまでも同じ強さで続くと、この記録だけで言えるでしょうか。

答えと解説

練習1の答えは、じしゃくにつき電気も通す材料が鉄、じしゃくにつかず電気を通す材料が銅とアルミニウムです。後者は2種類です。図3のそれぞれの行を見て、両方の条件が合っているかを確かめます。プラスチックと乾いた紙は、今回の電気を通すという条件に合いません。

練習2の答えは、AがN極で、BにN極を近づけると引き合います。しりぞけ合うのは同じ極どうしなので、AはN極です。棒じしゃくの反対側のBはS極になり、N極とは違う極どうしです。最初の「しりぞけ合った」という観察から順番に考えると、見えない表示も判断できます。

練習3の答えは、条件アだけつきます。条件イは接点が外れて輪が切れており、条件ウは乾いた紙の部分で電気が通りません。条件ウは全体の形が輪に見えても、電気が通れる輪ではないという点が大切です。見た目のつながりと、電気が通るつながりを分けて説明します。

練習4の答えは、鉄のクリップがじしゃくのはたらきをするようになったことです。初めにはなかった引きつけるはたらきが、元のじしゃくを遠ざけても見られています。ただし、記録には長い時間がたったあとの結果がないので、いつまでも同じ強さで続くとは言えません。観察で確かめたことと、まだ調べていないことの境目も示しましょう。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

回路がひと続きになっているかをたどる力は、小4でかん電池のつなぎ方やモーターの動きを調べるときに使います。鉄がじしゃくになることや極の関係は、その後、電気を使ってじしゃくのはたらきを生み出す電磁石を学ぶ土台です。今は複雑なつなぎ方を先取りせず、何を比べたら何が言えるかを確かにしておきます。

家庭での確かめ方の1つ目は、保護者の方と行う、5分程度の材料調べです。大きめの学習用じしゃく、鉄製と確認できるクリップ、プラスチックの定規、乾いた紙を用意します。予想を話してから同じじしゃくを近づけ、結果を材料名の横に書きます。クリップやじしゃくは口に入れず、幼いきょうだいの手が届かない場所で扱います。電子機器や磁気カードにも近づけません。

2つ目は、器具を使わずにできる、5分程度の回路たどりです。図2を紙に描き写し、かん電池の一方の極からもう一方の極まで、豆電球を通る道を指で追います。Bではどこで止まるのかを説明し、そのすき間に銅を入れた場合と乾いた紙を入れた場合を、図の上で考えます。電気の実験器具がなくても、つながりと材料の両方を確認できます。

個別指導で確かめるときは、答えの正誤から少し戻り、材料名を読めているか、向かい合う端を選べるか、線を途切れずたどれるかを見ます。説明に使う場所を指せるようになってから、「どの決まりを使ったか」を言葉にしてもらいます。

まとめ

じしゃくと電気の問題で理由に迷ったら、答えを長くする前に、観察した場所を決めてみましょう。材料の行、向かい合う端、回路が切れた場所を指せると、短い文でも根拠を伝えられます。「銅だから」「同じ極だから」「ここが切れているから」という説明には、それぞれ別の観察が必要です。

じしゃくにつかない銅で豆電球がつく、その違いを説明できたところから、金属を見る目が一段深まります。