【小4理科】天気と水のゆくえを図解で総まとめ—気温の変化・水の三態・じょう発と結ろ｜武蔵野個別指導塾

晴れとくもりの日の気温をグラフで比べ、水の三態と冷たい容器につく水滴を図で整理します。条件をそろえる例題と練習問題を通して、水が見えなくなった後のゆくえを親子で考えられます。

よくあるのは、習い事の帰りの自転車置き場で、朝にはあった水たまりが小さくなっているのを見て、「晴れていたから水がなくなった」と答え、その水がどこへ行ったのかを聞かれると止まってしまう場面です。手に持った冷たい飲み物の容器にも水滴がついています。地面から減った水と、容器の外側に現れた水を結びつけるのが、空気中の水じょう気です。

ただし、水たまりの水は地面にしみこむこともあります。見た目が変わったときには、すぐに理由を決めず、何が起きたのかを確かめる必要があります。天気と気温の関係でも、晴れの日なら必ず同じ時刻に同じ温度になるわけではありません。

この単元では、気温の記録を比べることと、姿を変える水のゆくえを追うことを学びます。お子さまが「どの記録を使ったか」「変わる前と後で何がちがうか」を添えて話せると、グラフの問題も理由を書く問題も、一つずつ根拠をたどって解けるようになります。

この単元で身につけること

• 気温を同じ条件で測ります。日光が直接当たる場所を避け、風通しのよい場所で測ることで、空気の温度を比べられるようにします。
• 時刻と気温を組にして読み取ります。折れ線グラフの高いところだけでなく、いつ上がり、いつ下がったかにも目を向けます。
• 晴れの日とくもりの日の変化を比べます。晴れの日は日中の気温の変化が大きく、くもりや雨の日は比較的小さいという傾向を、記録と結びつけます。
• 水の三態を区別します。氷は固体、水は液体、水じょう気は気体です。姿が変わっても、水という物が別の物になったわけではありません。
• じょう発と結ろを反対向きの変化として説明します。じょう発では液体の水が水じょう気になり、結ろでは空気中の水じょう気が冷やされて液体の水になります。
• 観察した事実と考えた理由を分けます。「水面が下がった」は見たこと、「水がじょう発した」はその理由についての考えです。

小3で学んだ日なたと日かげの地面のあたたかさのちがいから、今度は空気の温度と、目に見えない水のゆくえへと観察の範囲を広げます。地面の温度と気温を同じものとして扱わないことが、最初の大事な区別です。

基本の考え方

気温は測り方をそろえて比べます

気温とは、空気の温度のことです。日光が直接当たった温度計は、温度計そのものがあたためられるため、周りの空気の温度を正しく表さないことがあります。日なたに置いた温度計の値を、そのままその場所の気温と考えてはいけません。

学校で気温を測るときは、地面から1.2〜1.5 mほどの高さで、日光が直接当たらず、風通しのよい条件にします。温度計の液だめを握らず、示す温度が落ち着いてから、目盛りと目の高さをそろえて読みます。測る場所や高さ、使う温度計をそろえ、決めた時刻ごとに気温と天気を記録します。場所を変えてしまうと、時刻による変化なのか、場所のちがいなのかが見分けにくくなります。

晴れの日は、朝から昼ごろにかけて地面が日光であたためられ、地面に接する空気もあたためられます。そのため、日中に気温が上がることが多くなります。太陽が最も高くなるころと、気温が最も高くなるころは、ぴったり同じではありません。晴れた日の気温は午後2時ごろに最も高くなることが多いですが、雲や風などによって変わります。

くもりや雨の日は、晴れの日に比べて日光によるあたため方が弱く、日中の気温の変化が小さくなる傾向があります。ただし、別の季節の晴れの日とくもりの日を比べ、「晴れの日は必ず気温が高い」と決めることはできません。気温の高さと、同じ日の中でどれくらい変わったかは、別々に読み取ります。

水は固体・液体・気体に姿を変えます

氷、水、水じょう気という3つの状態を、水の三態といいます。氷は固体で、それ自体の形があります。液体の水は流れ、入れ物に合わせて形を変えます。気体である水じょう気は空気中に広がり、目には見えません。名前や見え方が変わっても、もとは同じ水です。

氷があたためられて液体の水になることを「とける」といい、水が冷やされて氷になることを「こおる」といいます。一方、水面などから液体の水が水じょう気になることを「じょう発」といいます。じょう発は、湯をわかしていないときにも起こります。洗ったハンカチが乾くことも、水を入れた容器を置いておくと水が少しずつ減ることも、その例です。

図1のように、変化の前と後を矢印でつなぐと、名前を取りちがえにくくなります。特に水と水じょう気の間では、矢印がどちらを向いているかを確かめてください。図の青い点線の囲みは見えない水じょう気を表すためのしるしで、実際に空気中に青い囲みが見えるわけではありません。

図1の右から中央に戻る矢印は、水じょう気が冷やされて液体の水になる変化です。窓や冷たい容器の表面に水滴がつく現象を「結ろ」といいます。見えない水じょう気が、見える液体の水になったと考えます。空気そのものがすべて水に変わるわけではなく、空気中にある水じょう気が変わります。

白く見える湯気と水じょう気にも、ちがいがあります。白い湯気は、水じょう気が冷やされてできた細かい水のつぶです。水じょう気は見えないので、「白いものが水じょう気」と覚えると、結ろの説明でも混乱します。家庭では熱い湯に顔や手を近づけて確かめず、冷たい容器を使う観察で水滴のでき方を考えましょう。

じょう発した水は空気中へ移ります

じょう発は、液体の水がなくなって何も残らなくなることではありません。目に見える水が、目に見えない水じょう気になって空気中へ移る変化です。水たまりが小さくなる場面でも、地面にしみこむ変化と、空気中へ移る変化の両方を考える必要があります。

しみこむことと区別するには、水を通さない容器を使います。さらに、ふたのある容器とふたのない容器を同じ場所に置いて比べると、水じょう気が周りの空気へ出ていくかどうかに注目できます。ふたをした容器でも、内部の水面ではじょう発が起こります。ふたがあるからじょう発そのものが完全に止まる、と説明しないようにします。

自然の中でも、地面や川、海などの水がじょう発します。空気中の水じょう気が冷やされると、細かい水のつぶなどができ、雲につながります。雲は水じょう気そのものではなく、細かい水のつぶや氷のつぶが集まったものです。やがて雨や雪となって地上へ戻る流れを考えると、水のじゅんかんの入口が見えてきます。

ここでは、雲のすべての変化を細かく覚える必要はありません。「地上の水が空気中へ移り、再び地上へ戻る」というつながりを押さえます。じょう発した水がその場所の真上で必ず雨になるわけではなく、空気の動きに伴って別の場所へ運ばれることもあります。

例題で解き方を確かめる

例題1　晴れとくもりの日の気温を比べる

同じ場所で、近い時期の晴れの日とくもりの日に気温を測りました。次の記録を使い、観測した時刻の中で晴れの日の気温が最も高い時刻と、両日の「最も高い気温と最も低い気温の差」を求めましょう。

図2は、この表を折れ線グラフにしたものです。横の目盛りは2時間ごと、縦の目盛りは2 ℃ごとにそろえています。縦軸は16 ℃から始まっているので、折れ線の下にある広さを比べるのではなく、目盛りと点の位置を読んでください。

1. 横軸が時刻、縦軸が気温であることを確かめます。何を表す目盛りかを先に読むと、点の高さと時刻を取りちがえずにすみます。
2. 晴れの日の点で最も高いものを探します。図2では14時の点が28 ℃で、表を使っても同じ結果になります。
3. 晴れの日の最大の値28 ℃から、最小の値18 ℃を引きます。28 − 18 ＝ 10なので、観測した範囲での気温の差は10 ℃です。
4. くもりの日も同じ方法で比べます。22 − 19 ＝ 3なので差は3 ℃で、この記録では晴れの日のほうが気温の変化が大きいといえます。

答え：晴れの日は14時に最も高く、気温の差は晴れの日が10 ℃、くもりの日が3 ℃です。

「1日の差」と書かれた問題でも、どこまで記録があるかを確認します。この表にない夜や明け方の気温は読み取れません。また、点を結ぶ線は変化を見やすくするためのもので、観測していない時刻の気温を正確に測ったことにはなりません。

例題2　水が減った理由を調べる条件を選ぶ

同じ形と大きさの、水を通さない容器AとBがあります。両方に同じ量の水を入れ、同じ場所に同じ時間だけ置きます。Aにはすき間のないふたをし、Bにはふたをしません。しばらくしてBの水面のほうが大きく下がりました。変えた条件、そろえた条件、結果から考えられることを答えましょう。

1. AとBでちがうところを一つ探します。ここではふたの有無だけを変えているので、水じょう気が容器の外へ出ていくかどうかに注目できます。
2. 同じにした条件を書き出します。容器の形と大きさ、初めの水の量、置く場所、置く時間をそろえ、ほかのちがいが結果に入りにくくしています。
3. 水が出ていく別の道を考えます。容器は水を通さず、こぼしてもいないので、地面にしみこんだことや、こぼれたことでは説明できません。
4. 水の変化と結びつけます。Bでは水がじょう発して水じょう気になり、周りの空気中へ出ていったと考えられます。

答え：変えたのはふたの有無で、容器・初めの水の量・場所・時間をそろえ、Bの水はじょう発して周りの空気中へ出ていったと考えられます。

Aを日かげ、Bを日なたに置くと、ふたの有無だけでなく、あたたまり方まで変わってしまいます。日なたのほうが減るかを調べたいなら、そのための別の比べ方を考えます。一度にいくつも条件を変えないことが、理由を絞る手がかりです。

例題3　冷たい容器の外側の水滴を説明する

穴やひびのない透明な容器に冷たい水を入れ、ふたをしっかり閉めます。初めに外側を乾いた布でよく拭いておくと、しばらくして外側に水滴がつきました。この水滴はどこから来たのでしょうか。「水じょう気」「冷やされて」という言葉を使って説明しましょう。

1. 観察した場所を確かめます。水滴がついたのは容器の内側ではなく外側なので、どちら側の空気に注目するかを決めます。
2. 容器の条件を確かめます。穴がなく、ふたを閉め、外側を拭いているため、もともとの水ぬれや中の水の流出と区別して考えられます。
3. 外側の空気と冷たい容器を結びつけます。周りの空気中の水じょう気が冷たい表面で冷やされ、液体の水になったと説明します。

答え：周りの空気中の水じょう気が冷たい容器の表面で冷やされて、液体の水になったものです。

「冷たいから水が出た」だけでは、何が水になったのかが抜けています。理由を書くときは、変化の前の「空気中の水じょう気」と、変化の後の「液体の水」の両方を入れると、説明の道筋がつながります。

例題4　水面の高さの記録からいえることを選ぶ

まっすぐな側面の容器に水を入れ、水面の高さを底から測りました。初めは30 mm、同じ場所でふたをせずに置いた後は24 mmでした。水をこぼしたり、取り出したりはしていません。水面は何mm下がりましたか。また、この記録だけで「水が6 mL減った」といってよいでしょうか。

1. 測ったものの名前と単位を確認します。記録は水面の高さをmmで表したものであり、水のかさをmLで測ったものではありません。
2. 初めと後の高さの差を求めます。30 − 24 ＝ 6なので、水面は6 mm下がっています。
3. 高さとかさを分けて考えます。同じだけ水面が下がっても、容器の底が広ければ減った水のかさはちがうので、高さの差をそのままmLに置き換えることはできません。

答え：水面は6 mm下がり、この記録だけでは「水が6 mL減った」とはいえません。

水の量が減ったことと、何mL減ったかがわかることは別です。計算できる数があっても、答えに使う単位まで確かめると、観察したことを正しく表せます。

つまずきやすいところと直し方

誤り1　晴れの日は朝から夕方まで上がり続ける

誤った書き方は「晴れなら、時刻が遅いほど気温が高い」です。どこが違うかというと、晴れの日でも午後に最も高くなった後、夕方に向けて気温が下がることが多い点を落としています。例題1でも14時の28 ℃から16時の25 ℃へ下がっています。

正しい書き方は「この記録では、晴れの日は14時まで上がり、その後16時までに下がった」です。まず記録の範囲に合わせて述べ、その後で晴れの日によく見られる傾向につなげます。「晴れだから」という一言だけで、グラフの後半を読み飛ばさないようにします。

誤り2　白い湯気も、見えない水じょう気も同じ状態

誤った書き方は「水じょう気は白く見える気体」です。どこが違うかというと、白く見える湯気は細かい液体の水であり、水じょう気そのものは目に見えない点です。見えるかどうかと、何という状態なのかを一緒に確認しましょう。

正しい書き方は「水じょう気は目に見えない気体で、白い湯気は細かい液体の水のつぶです」です。雲についても、雲のある場所に水じょう気がないという意味ではありません。白く見える雲の正体を問われたときには、水じょう気と答えず、水や氷の細かいつぶが集まっていると考えます。

誤り3　容器の外の水滴は中の水がしみ出したもの

誤った書き方は「冷たい水が容器を通り抜けて外についた」です。どこが違うかというと、水を通さない、穴のない容器でも水滴がつくことを説明できません。冷たさは水滴のできる条件に関わりますが、中の水が壁を通り抜けるという意味ではありません。

図3のように、容器の外側にある空気から、表面の水滴へと向きをたどります。点線の囲みと矢印は水じょう気のゆくえを示すもので、空気中にその形の流れが見えることを表してはいません。冷たい水は表面を冷やす役割をし、水滴のもとになるのは周りの空気中の水じょう気です。

正しい書き方は「空気中の水じょう気が冷やされ、容器の外側で水滴になった」です。図3で容器の内側の水と外側の水滴を指し分けながら説明できれば、「冷やすもの」と「水滴に変わるもの」の区別も確かめられます。

練習問題

練習1　観測した範囲の気温の差

ある日の気温は、8時が17 ℃、10時が20 ℃、12時が23 ℃、14時が24 ℃、16時が22 ℃でした。観測した時刻の中で最も気温が高い時刻と、最も高い気温と最も低い気温の差を答えましょう。この記録だけで、夜の気温もわかるでしょうか。

練習2　ふたの有無を比べる準備

水の減り方とふたの有無の関係を調べます。同じ容器に同じ量の水を入れ、同じ時間だけ置きます。「Aはふたをして日かげに、Bはふたをせず日なたに置く」という計画の直すところを答え、そろえる理由を書きましょう。

練習3　変化の名前と水の状態

ぬれた布を干すと乾きました。また、冷たい容器の外側には水滴がつきました。布が乾くときの水の変化を何といいますか。容器の外側に水滴がつく現象を何といいますか。それぞれ、水がどの状態からどの状態へ変わったかも書きましょう。

練習4　高さの変化と説明の範囲

ふたのない、水を通さない容器の水面が、底から35 mmの位置から28 mmの位置へ下がりました。水はこぼさず、取り出していません。水面は何mm下がりましたか。「減った水は消えて何もなくなった」という説明を、水じょう気という言葉を使って直しましょう。

答えと解説

練習1の答えは、14時、7 ℃です。最大の24 ℃から最小の17 ℃を引くと、24 − 17 ＝ 7です。夜の気温は記録されていないため、この表だけではわかりません。最初と最後の値だけを引くと、途中の最高の値を使わない計算になってしまいます。

練習2の答えは、AとBを同じ場所に置くことです。日なたと日かげを変えると、ふたの有無と日光の当たり方が同時に変わり、どちらが水の減り方に関わったのか分けられません。比較する目的を「ふたの有無」と先に言葉にしてから、それ以外をそろえます。

練習3の答えは、布が乾くときはじょう発で、液体の水から気体の水じょう気への変化です。水滴がつく現象は結ろで、気体の水じょう気から液体の水への変化です。どちらも同じ水の姿が変わりますが、変化の向きが逆になっています。

練習4の答えは、7 mmです。35 − 28 ＝ 7と計算します。説明は「水がじょう発して、目に見えない水じょう気となって空気中へ出ていった」と直せます。記録しているのは水面の高さなので、7 mLと単位を変えない点にも注意します。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

気温と天気を組にして記録する経験は、小5で雲の様子と天気の変化を調べる学習につながります。水が空気中へ移り、再び液体になる見方は、その後に自然の中の水のじゅんかんを考える土台になります。水の三態を区別できると、物をあたためたり冷やしたりする学習でも、温度の変化と状態の変化を分けて追えます。

家庭での確かめ方の一つ目は、保護者の方と、冷蔵庫から出したふたつきの冷たい容器の外側を拭き、受け皿に置いて5分ほど観察することです。初めと後で外側の様子を比べ、水滴が現れたら、どこから来たのかを話します。室内が乾燥していると、水滴がはっきり現れないこともあります。見えた量を無理に増やそうとせず、その日の結果として記録しましょう。

二つ目は、5分ほどで、同じ小皿に同じ量の少量の水を入れたものを用意し、片方だけにふたをして並べる準備です。置く場所と時刻を記録し、変化の予想を書きます。水の減り方は5分で必ずわかるものではないため、観察は翌日以降にも続けます。保護者の方と、倒れにくく、電気製品から離れた場所を選び、観察用の水は飲まないようにします。

個別指導では、気温の差で止まったら引き算の前にグラフの目盛りの読み方へ、結ろで止まったら容器の内側と外側の区別へ戻って確かめます。お子さまの説明に足りないのが用語なのか、観察した場所なのかを見てから、次の問いを決めます。

まとめ

自転車置き場で小さくなった水たまりを見たとき、「消えた」で終わらず、地面へしみこんだのか、空気中へ移ったのかを考えられれば、見慣れた景色が観察の対象になります。冷たい容器の水滴も、ただぬれていると見るところから、空気中にあった水の姿が変わったと説明するところへ進めます。

答えの言葉を覚えるだけでなく、その言葉を選んだ理由を、記録の点や図の矢印に戻して話してみてください。見えなくなった水にも、たどれるゆくえがあります。