【小3理科】物の重さと風・ゴムの力を図解で総まとめ—形が変わっても重さは同じ・風とゴムで動く｜武蔵野個別指導塾

粘土の形と重さ、同じ体積の物の比べ方、風やゴムで動く車を3枚の図で整理します。はかりの使い方から実験条件を見分ける例題まで、親子で順に確かめられます。

よくあるのは、朝のホームルーム前の教室で、丸めた粘土を平たくした絵を見て、「広くなったから重くなった」と答える場面です。見た目が変われば、重さも変わったように感じられます。反対に、同じ大きさの木と鉄を見て、「大きさが同じだから重さも同じ」と考えることもあります。どちらも、目で見える大きさを手がかりにした予想です。

予想を確かめるには、はかりを使い、何を変えて何を変えなかったかを整理します。粘土の形を変える実験なら、粘土そのものを増やしたり減らしたりしていないかが大事です。風やゴムで車を動かす実験でも、風の強さやゴムののばし方だけを変えて比べます。

この単元を学ぶと、見た目の印象と、実際にはかった結果を分けて説明できるようになります。答えの言葉だけを覚えるのでなく、「その比べ方で確かめられるのは何か」までたどっていきましょう。

この単元で身につけること

• 物は、形を変えても重さが変わりません。同じ物を使い、途中で一部がなくなっていないことを確かめます。
• 体積が同じでも、物の種類がちがうと重さがちがうことがあります。体積とは、物が場所を占める大きさのことです。
• はかりは、水平で安定した場所に置いて使います。何も載せていないときの表示と、載せたあとの落ち着いた表示を確かめます。
• 風には物を動かすはたらきがあります。同じ車と同じコースで比べると、風を強くしたときの動きのちがいを調べられます。
• のばしたゴムには、もとに戻ろうとして物を動かすはたらきがあります。同じゴムを使い、のばす長さを変えて車の進み方を比べます。
• 実験では、調べたい条件だけを変えます。進んだ距離などの結果と、そこから考えたことを分けて記録します。

前の学年の生活科で、身近な物を使って遊び、動き方を試した経験が、条件をそろえて比べる学習につながります。「うまく動いた」という感想から、「何を変えると、どのように動いたか」という説明へ進むところが、この単元の大きな一歩です。

基本の考え方

形と重さは分けて考えます

粘土を丸めたり、細長くしたり、平たくしたりしてみます。同じ粘土を全部使い、何も足したり取ったりしなければ、形が変わっても重さは同じです。平たくすると上から見た広がりは大きくなりますが、そのぶん薄くなります。広がりだけを見て、粘土が増えたと考えないようにします。

図1のように、100 gの粘土の形だけを変えた場合、変えたあとも100 gです。図の粘土は形のちがいを示した模式図で、図に描かれた面積から体積を求めるものではありません。比べる手がかりは、同じ粘土を全部使っていることと、はかりの表示です。

ちぎって分けた場合も、すべてのかけらをまとめてはかれば、もとの重さと同じです。ただし、かけらを机に残したり、手に付いた粘土を戻さなかったりすると、はかりに載っている粘土の量が減ります。その結果が軽くなっても、「形を変えると軽くなる」とは言えません。形の変化と、はかる物の増減を分けて考えます。

紙を折ったり丸めたりした場合も、同じ紙を全部はかるなら考え方は同じです。紙を広げたときと丸めたときで、空中を落ちる様子がちがって見えることはあります。しかし、落ち方を見ただけで重さのちがいを決めることはできません。重さを比べたいときは、はかりで確かめます。

一方、種類のちがう物では、体積が同じでも重さがちがうことがあります。たとえば、同じ大きさの立方体にそろえた木と鉄を比べると、重さは同じではありません。「大きく見える物ほど必ず重い」という決め方はできないのです。形を変える実験は同じ物の前後を比べ、種類を比べる実験は体積をそろえます。問題文を読むときは、このちがいに注目します。

はかりは載せる前から確かめます

ここでは、数字が表示される電子てんびんを考えます。まず、使うはかりで測定できる重さの範囲を、保護者の方と確かめます。机を水平で安定した状態にし、はかりの皿に物が触れていないことを見ます。何も載せていないときの表示を0 gに合わせ、物を皿の中央に静かに載せます。

物を載せたら、手を離し、表示が落ち着いてから読みます。手で支えたままでは、重さの一部を手が受け持ってしまいます。粘土や紙が皿の外にはみ出して机に触れていても、正しくはかれません。表示の数字だけでなく、物がどこに載っているかも確認します。

粘土を載せるために受け皿を使うなら、その受け皿の重さを含めるかどうかを先に決めます。受け皿を載せてから表示を0 gにする方法が使えるはかりでは、その操作後に粘土を載せると、粘土だけの重さを読めます。操作は機種によってちがうため、使い方を確認してください。

受け皿ごとはかって、あとから受け皿の重さを引いても求められます。受け皿と粘土を合わせて125 g、受け皿だけが25 gなら、粘土は125 − 25 = 100 gです。「表示された数字が、何の重さなのか」を確かめることが、計算の前の大事な手順です。

重さの単位にはgやkgを使い、1 kgは1000 gです。記録には数字と単位を一緒に書きます。たとえば「100」とだけ書くと、重さの記録なのか、距離の記録なのかが伝わりません。はかりの表示の単位も見てから書き写します。

風とゴムは物を動かします

風を受ける帆を付けた車に風を当てると、車は動きます。同じ車、同じ帆、同じ床で比べると、風を強くしたほうが、車を動かすはたらきは大きくなります。学校の実験では、風の強さを変え、決めた方法で車が進んだ距離を調べることがあります。風は目に見えなくても、車の動きからそのはたらきを確かめられます。

ただし、車が遠くまで進んだという結果だけでは、風が強かったと決められない場合もあります。車を軽くしたり、帆を大きくしたり、床を変えたりしても、進み方が変わることがあるからです。風の強さを調べるなら、車や帆、床、送風機の位置と向き、風を当てる方法をそろえます。

ゴムは、のばすともとに戻ろうとします。そのはたらきを使って車を動かせます。同じゴムを無理のない範囲で使うなら、のばす長さを長くすると、物を動かすはたらきは大きくなります。ゴムで車を動かすときも、車、床、スタート位置、放し方をそろえて比べます。

「風を強くしたら、距離も必ず決まった分だけ増える」「ゴムを2倍のばすと、必ず2倍進む」という決まりまで、この実験から言うことはできません。床の状態や車輪の動きにも影響されます。小3では、条件をそろえた結果から、はたらきが大きくなる向きを読み取ることが中心です。

例題で解き方を確かめる

例題1　粘土の形を変えたあとの重さ

受け皿の重さは25 gです。その上に丸めた粘土を載せると、合わせて125 gでした。粘土を全部取り出して細長くし、同じ受け皿に戻しました。粘土は増えたり減ったりしていません。粘土だけの重さと、戻したあとのはかりの表示を答えましょう。受け皿を載せて0 gにする操作はしていません。

1. 最初の125 gに含まれる物を確認します。受け皿と粘土の両方が含まれるので、そのまま粘土の重さにはできません。
2. 粘土だけの重さを、125 − 25 = 100 gと求めます。知りたい物以外の重さを取り除くために引き算をします。
3. 形を変えたあとの粘土も100 gと考えます。同じ粘土を全部使い、形だけを変えているからです。
4. 受け皿の25 gを足して、100 + 25 = 125 gと求めます。聞かれている表示には、受け皿の重さが再び含まれるからです。

答え：粘土だけの重さは100 g、戻したあとの表示は125 gです。

この問題では、「形を変えても同じ」という知識だけでなく、何をはかっているかを読む必要があります。お子さまが表示も100 gと答えたら、皿の上にある物を絵に描き、粘土と受け皿をそれぞれ指して確かめると、引き算と足し算の理由がつながります。

例題2　同じ体積の物を比べる

同じ体積の木、プラスチック、金属のかたまりをはかると、次のようになりました。どれが最も重いでしょうか。また、この記録から、体積と重さについてどのようなことが言えるでしょうか。数値は、この問題で用意した物についての記録です。

1. そろえた条件を探します。この問題は体積を同じにしているので、大きさのちがいではなく物の種類に注目できます。
2. 重さを同じ単位で比べます。すべてgなので、6、12、78の数の大きさをそのまま比べられます。
3. 記録を言葉にします。78 gが最も大きく、同じ体積でも重さがそろっていないことが読み取れます。

答え：最も重いのは金属で、体積が同じでも物の種類によって重さがちがうことがあります。

「金属は78 g」とだけ覚えないようにします。この重さは、ここで使ったかたまりの重さです。金属の種類や体積を変えれば重さも変わります。また、大きな木と小さな金属を比べる別の問題では、種類の名前だけでどちらが重いかを決められません。実験でそろえた条件も、結論と一緒に残します。

例題3　風で動く車の記録を読む

同じ車と帆を使い、同じ床で、送風機の位置と風を当てる方法をそろえました。風の強さだけを弱・中・強に変えたところ、ある回の記録は、弱で60 cm、中で120 cm、強で180 cmでした。図2は、その記録を棒グラフにしたものです。最も遠くまで進んだのはどのときでしょうか。強と弱では、距離に何cmのちがいがあるでしょうか。

1. 横の目盛りが表すものを読みます。図2では進んだ距離をcmで示しており、棒が長いほど遠くまで進んだことになります。
2. 棒の端の位置を比べます。強の棒が180 cmまで伸びているので、この記録では強のときに最も遠くまで進みました。
3. 比べる2つの距離を引きます。差を聞かれているので、180 − 60 = 120 cmと計算します。
4. 条件と結果をつなげます。風以外をそろえているので、この記録は、風を強くすると車を動かすはたらきが大きくなるという考えを支えます。

答え：強のときに最も遠くまで進み、強と弱の距離の差は120 cmです。

このグラフでは、たまたま60 cmずつ増えています。しかし、「弱・中・強」という送風機の切り替えが、風の強さを同じ幅で増やしているとは限りません。この結果だけで、どの車でも同じ距離になるとも言えません。実際には同じ条件でくり返し、毎回の記録を残して、全体としてどんな傾向があるかを見ます。

また、「遠くまで進んだ」と「速く進んだ」は同じ記録ではありません。この問題では、進んだ距離を調べています。速さを直接調べたわけではないため、答えも距離について書きます。何をはかった実験なのかを守ると、説明が正確になります。

例題4　ゴムの実験の条件を見分ける

同じゴムを使い、のばした長さを3 cmと6 cmにして、同じ車の進む距離を比べます。3 cmのときは板の上、6 cmのときはじゅうたんの上で走らせる計画です。この計画のままで、ゴムをのばす長さの影響を確かめられるでしょうか。直すところと、直したあとに予想される結果を答えましょう。

1. 調べたいことを言葉にします。今回はゴムをのばす長さと、車が進む距離の関係を調べたい問題です。
2. 変えている条件を数えます。のばす長さのほかに床も変わっているので、動きのちがいがどちらによるものかを分けられません。
3. 床を同じに直します。車やゴム、スタート位置、放し方もそろえれば、のばす長さのちがいを比べやすくなります。
4. 予想を立てます。同じゴムをより長くのばすと物を動かすはたらきが大きくなるので、6 cmのほうが遠くまで進むと予想します。

答え：床も変わっているのでそのままでは確かめられず、床などをそろえると6 cmのほうが遠くまで進むと予想できます。

この段階では、まだ実験をしていません。「6 cmのほうが遠くまで進んだ」と結果のように書かず、「進むと予想する」と書き分けます。実験で予想とちがう結果になったときは、すぐに消して書き直さず、車輪が引っかからなかったか、放すときに手で押さなかったかを確かめてから、もう一度調べます。

つまずきやすいところと直し方

「平たくなったので軽くなる」と書いてしまう

誤った書き方は、「粘土は薄くなったので、もとより軽くなる」です。薄さは形の特徴であり、はかりに載せた粘土の量が減った証拠ではありません。ここを混同すると、丸い、長い、薄いといった見た目だけで重さを決めてしまいます。

正しい書き方は、「同じ粘土を全部使って形だけを変えたので、重さは変わらない」です。もし実際の表示が変わったら、手や机に粘土が残っていないか、受け皿が同じか、表示が落ち着いてから読んだかを確かめます。結果を都合よくそろえるのではなく、ちがいが出た理由を点検します。

「風が強いとわかる」と結果だけで決めてしまう

誤った書き方は、「別の車のほうが遠くまで進んだから、そちらに当たった風が強い」です。どこが違うかというと、車がちがえば、重さや車輪の動き、帆の大きさもちがう可能性があります。進んだ距離の差が、風の強さだけによるとは言えません。

正しい書き方は、「風の強さを比べるには、同じ車と帆を使い、床や風の当て方をそろえる」です。「同じにするものを全部覚える」ことから始めるより、調べたいものを先に決めます。そのうえで、ほかに車の動きを変えそうなものを一つずつ挙げると、条件をそろえる理由まで説明できます。

「ゴム全体の長さ」を「のばした長さ」にしてしまう

誤った書き方は、「もとの長さが10 cmのゴムを13 cmにしたので、13 cmのばした」です。どこが違うかというと、13 cmはのばしたあとの全体の長さです。増えた長さは、もとの10 cmを引いて求めます。図3のように、左端をそろえると、そのちがいが見やすくなります。

図3は、ゴムの同じ両端の位置の間をはかる様子を、線で表した模式図です。もとの長さが10 cmなら、13 cmにしたときにのばした長さは13 − 10 = 3 cmです。16 cmにしたときは16 − 10 = 6 cmです。赤い区間が増えた長さを示しています。

正しい書き方は、「全体を13 cmにすると3 cmのばしたことになり、16 cmにすると6 cmのばしたことになる」です。学校の装置によっては、ゴムをのばしていない位置を0 cmとして、車を引いた長さを直接読めるものもあります。何を0 cmにしている目盛りなのかを見てから読みましょう。

ゴムをのばす実験では、長くすればどこまでもよいわけではありません。ゴムが切れたり外れたりしない範囲で、保護者の方や先生と確かめます。ゴムや車を人の顔に向けず、車が進む先に人や物がない状態で行います。

練習問題

例題を見ずに、答えと理由を考えてみましょう。計算問題では、引く数が何を表すかも言葉にします。条件を選ぶ問題では、「何を調べたいか」を先に短く書くと、必要な条件を選びやすくなります。

練習1

粘土と受け皿を合わせた重さは160 g、受け皿だけの重さは40 gです。粘土を全部使って丸い形から平たい形に変えました。形を変えたあとの粘土だけの重さと、同じ受け皿に載せたときの合計の重さを答えましょう。受け皿を載せて0 gにする操作はしていません。

練習2

体積が同じ物Aと物Bをはかると、Aは18 g、Bは45 gでした。どちらが何g重いでしょうか。また、「体積が同じなら、種類がちがっても重さは必ず同じ」と言えるでしょうか。記録を使って答えましょう。

練習3

同じ車に弱い風を当てると80 cm、強い風を当てると150 cm進みました。風以外の条件はそろえています。距離の差は何cmでしょうか。また、この結果だけで「次に強い風を当てても、必ず150 cm進む」と言えるでしょうか。

練習4

もとの長さが8 cmの同じゴムを、全体が11 cmになるまでのばす場合と、14 cmになるまでのばす場合を比べます。それぞれ何cmのばしたでしょうか。同じ車を同じ床で走らせるなら、どちらのほうが遠くまで進むと予想できますか。車を放すときに気をつける条件も書きましょう。

答えと解説

練習1の答え：粘土だけでは120 g、受け皿を含めると160 gです。最初の粘土は160 − 40 = 120 gです。形だけを変えても120 gのままで、同じ受け皿を加えると120 + 40 = 160 gになります。

練習2の答え：Bが27 g重く、体積が同じでも重さが必ず同じとは言えません。45 − 18 = 27 gです。この記録では、同じ体積にそろえても、AとBの重さがちがっています。

練習3の答え：距離の差は70 cmで、次も必ず150 cm進むとは言えません。150 − 80 = 70 cmです。条件をそろえても、放し方のわずかなちがいなどで結果が変わることがあるため、同じ条件でくり返して記録します。

練習4の答え：11 cmにすると3 cm、14 cmにすると6 cmのばしたことになり、14 cmにしたほうが遠くまで進むと予想できます。計算は11 − 8 = 3 cm、14 − 8 = 6 cmです。放すときは手で車を押さず、毎回同じ位置から同じ方法で放します。

間違えた問題は、答えの数字だけを直さず、読み落とした言葉に印を付けます。「だけ」「合わせて」「同じ」「のばした」が手がかりです。その言葉が指す物や区間を図で示せると、次に数値が変わっても考え方を使えます。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

重さを比べるときに、容器を含めたか、同じ物を全部はかったかを確かめる習慣は、後に水に物をとかす学習で役立ちます。また、調べたい条件だけを変える考え方は、植物の育ちや、ふりこの動きなどの実験にもつながります。今は難しい言葉を増やすより、変えたものとそろえたものを、自分の言葉で区別できることを目指します。

家庭での確かめ方の1つ目は、紙の形と重さです。準備したあと5分ほどで、保護者の方と一緒に、同じ紙を広げた状態と折った状態ではかります。家庭用のはかりでは紙1枚の重さを読み取りにくい場合があるため、測定できる範囲内で複数枚をまとめ、同じ一組を使います。紙が皿の外の机に触れないようにし、前後の表示を記録します。表示の単位や測定できる最小の重さにも目を向けましょう。

2つ目は、うちわの風で紙の小さな風車を回す観察です。保護者の方が用意した安全な風車を使い、準備後5分ほどで、同じ位置から弱くあおいだときと強くあおいだときを比べます。顔を近づけず、回る部分に触れずに見ます。これは風が物を動かすことを確かめる観察であり、車が進む距離を数値で比べる実験とは記録のしかたがちがいます。「回った」「回り方が変わった」など、見えたことを言葉にします。

個別指導で説明が止まったときは、計算の前に、はかりに何が載っているか、ゴムのどの区間を読んでいるかまで戻って確かめます。条件の問題では、車や床を絵にして、変えた場所を指せるかを見ます。正解の言葉を言えたかだけでなく、その言葉が実物の何を指すかを確かめるためです。

まとめ

「重そう」「よく動きそう」という予想は、確かめる出発点です。はかりの上にある物や、実験で変えた条件を確かめると、見た目からの予想を、記録に基づく説明へ進められます。予想と結果がちがったときも、そのちがいを残すことが次の調べ方につながります。

粘土なら失われたかけらがないか、車なら風以外を変えていないか。答えに迷ったら、数字の前に実験の様子を思い描きます。同じ粘土の100 gと、条件をそろえた車の動きには、見た目だけでは決められない物の性質が表れています。