桑子研
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

理科の実験をもっと手軽に！

理科の実験はワクワクする瞬間の連続。でも、準備には意外と時間がかかることもありますよね。たとえば、試薬を計量したり、器具をそろえたり、何度も試作してベストな条件を探ったり…。私も初任の時から苦労をしながら、いろいろな先生に教えてもらいつつここまでやってきました。指導書には準備などについても記載されているものの、実際現場に立ってみると、幾つ用意をすればいいのか？どこを生徒にやらせてどこを教師が事前に準備しておくのか、そんなことまでは書かれていません。中には忙しさのあまり、実験を諦めてしまう先生もいます…。

そこで経験を積んできたので、私の方で実験のコツについてまとめました。短時間で実験の準備ができ業務量が少しでも減って、授業への教員の満足度が上がったり、生徒に向き合える時間を捻出でき１つのきっかけになると嬉しいです。今回紹介するのは、以下の3つのカテゴリーです。

  1. 中学校向け理科教材 – 身近な材料を使って楽しく学べる内容です。
  2. 探究活動向けの教材 – 深く考え、試行錯誤できる実験。中高で利用できます。
  3. 高校物理向けの教材 – 物理法則をより実感できる高度な内容です。生徒向けに作成しましたが、実験などは教師も参考になると思います。

それでは、それぞれの教材を詳しく見ていきましょう！

中学校向け理科教材

中学１年生

🟢 生物分野（植物・動物）

📌 植物のはたらき

🔵 地学分野（火山・地震）

📌 地球の構造と変動

🟡 物理分野（力・運動・電気・波・エネルギー）

📌 力と運動

📌 波（音・光・振動）

🟠 化学分野（物質・化学変化・酸塩基）

📌 物質の性質

中学２年生

🟢 生物分野（植物・動物）

唾液の実験が特に大変！

📌 動物のはたらき

🔵 地学分野（天気）

📌 気象と天気

🟡 物理分野（力・運動・電気・波・エネルギー）

📌 電気と磁気

🟠 化学分野（物質・化学変化・酸塩基）

📌 化学変化と気体の性質

中学３年生

🟢 生物分野（植物・動物）

📌 遺伝と進化

🔵 地学分野（地球・天気・宇宙）

📌 宇宙

🟡 物理分野（力・運動・電気・波・エネルギー）

📌 力と運動

🟠 化学分野（物質・化学変化・酸塩基）

📌 化学変化と気体の性質

単元６　終章

探究型の開発教材

・探究教材「送電ロスについて考える」（指導案・ワークシート付き）

・探究教材「交通規則の力学」（指導案・ワークシート付き）

・探究教材「ボリュームの仕組み」

・Scratchインタラクティブ教材

Scratchを使った教材

・Geogebra教材

Geogebraを使った教材

高校物理向け教材

・スマホで物理

・オンライン授業

実験付きオンライン授業（プリントあり）

※使用上の注意点

・動画の再生速度は適宜1.25倍などにして早めると効率よく学習できます。なお各学校の授業を大切にして、参考用や復習用などに使ってください。

・プリント（PDF）を印刷して御覧ください。またはデジタルでJambordプリントも配布しています。使用する場合は右上の「…」から「コピー」をするとデジタル上で書き込みができます。

・内容や誤字に誤りがある場合があります。その場合は、ご連絡いただけますと幸いです。

電磁気学（電気と磁気）

電磁気学は、目に見えない世界を想像したり、３次元を考えなければいけないところが難しく感じるところかもしれません。そんな電磁気学について、アニメーションや実験を通しながら理解できるように解説しました。

１章　静電気と電場・電位

・静電気

・箔検電器

・電場

・電位

・電位の問題演習

・一様な電場と電位

身近にあふれる不思議な電気の力！今回は静電気について見ていきましょう。

小テスト電場・電位 　→　解答(PDF)

小テスト一様な電場　→　小テスト一様な電場

・まとめ（静電気と電場・電位）

・Geogebra電場・電位

・プリント（静電気）

・プリント（箔検電器）

・プリント（電場）

・プリント（電位）

・問題演習（電位問題）

・プリント（一様な電場と電位）

２章　直流回路

・オームの法則

・オームの法則問題演習

・キルヒホッフの法則

・キルヒホッフの法則の問題演習

・ホイートストンブリッジ回路

・非オーム抵抗

・消費電力

　電気回路を立体的に見れるようにトレーニングします。流しそうめんをイメージしてみてください。

・プリント（オームの法則）

・プリント（問題演習）

・プリント（オーム答え）

・プリント（キルヒホッフの法則））

・プリント（キルヒ問題演習）

・プリント（ブリッジ）

・プリント（非オーム抵抗）

・プリント（消費電力）

３章　コンデンサー

・コンデンサーの４つの式

・コンデンサー回路

・コンデンサ合成容量

・スイッチのON・OFF

・放電した「瞬間」

・誘電体の挿入

　小学生のころにさわったことのある素子が再び登場！コンデンサーの性質とそれを組み込んだ回路について学びます。

・プリント（４つの式）

・プリント（回路）

・プリント（合成容量）

・プリント（スイッチ）

・プリント（瞬間問題）

・プリント（誘電体）

４章　電流と磁場

・磁力と磁場

・電流が作る磁場と右ネジ

・フレミング左手の法則

・ローレンツ力

・問題演習（ローレンツ力）

・螺旋運動（後日作成予定）

電流が磁場から受ける力について学びます。

フォーム小テスト　１　２（ランダム）

・Geogebra電流が作る磁場・螺旋運動

・プリント（磁場）

・プリント（右ネジ）

・プリント（左手）

・プリント（ローレンツ力）

・プリント（問題）

・プリント（螺旋運動）
→　螺旋運動の答え

５章　電磁誘導

・電磁誘導

・問題演習（電磁誘導）

・ローレンツ力と電磁誘導

・リニアモーター「バー」

・棒発電機

・問題演習（モーター・発電機）作成中

・渦電流

・自己誘導

・コイルの持つエネルギー

電磁誘導の問題について扱います。

Form電磁誘導の向き小テスト

・プリント（電磁誘導）

・プリント（電磁誘導問題））

・プリント（ローレンツ力と電磁誘導）

・プリント（モーター）

・プリント（発電機）

・プリント（問題演習（モーター・発電機））
→　答え

・プリント（うず電流）

・プリント（自己誘導）

・プリント（コイルのE）

６章　交流と電気振動

・交流の発生

・変圧器

・位相のズレ

・RLC回路

・電気振動

・半導体

・ホール効果

交流がどのようにして発生するのか、実効値って何なのか？そんなことについて説明しました。

実験動画
・コイルの位相差

インタラクティブ教材
・抵抗　・コイル　・コンデンサ
・三角関数の合成

・プリント（交流の発生）

・プリント（変圧器）

・プリント（位相）

・プリント（RLC）

・プリント（電気振動）

・プリント（半導体）
→　半導体答え

・プリント（ホール効果）
→　答え（ホール効果）

電磁気公式マップ

電磁気で覚えておくと良い公式について、マップにまとめました。

　PDF（穴空き）　PDF（答え）

力学

１章　運動の表し方

・変位・速度・加速度
・２つの運動と３つのグラフ

等速直線運動・等加速度直線運動について、実験を通しその未来の状態を予測する式を作ってみましょう。

インタラクティブ教材　落下運動

プリント１
プリント２
 

・等加速度直線運動と３つの式

等加速度直線運動について３つの式をつかって今回は捉えていきましょう。式を使いこなせれば、２次元・３次元へと拡張することができます。

プリント
・有効数字について

とっつきにくい有効数字の基礎について、動画にまとめました。ただ慣れが必要な部分があります。問題演習で数をこなしましょう。

プリント

２章　落体の運動

・落下運動と等加速度直線運動
・発展　２次元の落下運動

等加速度直線運動の公式を使うと、落下運動について未来を予測することができます。様々な身近なものに適用できて感動の内容です！

プリント（１次元）

プリント（２次元（４単位物理の範囲））

３章　力のつり合い

・力とその種類

・力の見つけ方とつり合い

・力の分解

力ってなんだろう？力の性質とその種類についての授業です。

・２力の合成実験（平行四辺形の法則）

・プリント（力の種類）

・プリント（つり合い）

・プリント（力の分解）

４章　運動の法則

・運動方程式

・練習問題

台車に力を加え続けると、どんな運動になるのか？運動方程式の使い方について学べます。

Form確認テスト

Slide 運動方程式まとめ

インタラクティブ教材　運動方程式

・プリント（運動方程式）

・プリント（問題）

・摩擦力

　摩擦力の種類や使い分けについて学びます。

・プリント（摩擦力）

 

・２物体の運動

・斜面上の運動

・問題演習（斜面）

斜面上の台車の運動について、重力を分解して考えていきます。

インタラクティブ教材　２物体の運動

 ・プリント（２物体の運動）

・プリント（斜面上の運動）

・プリント（問題演習 斜面）

・圧力

・浮力

圧力・気圧・水圧について学びます。また水の中に沈めた物体にはたらく力、浮力について考えていきます。

プリント（圧力）

プリント（浮力）

 

５章　仕事と力学的エネルギー

・仕事と仕事率

仕事という物理量がなぜエネルギーのものさしになりえるのか？仕事や仕事率について学びます。

プリント

・運動エネルギー

・位置エネルギー（重力・弾性力）

　水車の動きなど、物体にどんな仕事をするのか？ということについて考えながら、力学的エネルギーについて考えていきます。

Form確認小テスト（運E）

・プリント(運動エネルギー）

・プリント（位置エネルギー）
・力学的エネルギーの保存（ジェットコースター）

・力学的エネルギーの保存（ブランコ）

力学的エネルギーの保存を用いて、ジェットコースターの速度を計算してみましょう！

Formビックサンダーマウンテン問題

Formハイジブランコ問題

Slide力学的エネルギー保存

プリント（ジェットコースター）

プリント（ブランコ）

エネルギーの保存

様々な形態に姿を変えるエネルギー。今回は主に力学的エネルギーと摩擦力による熱エネルギーの関係について見ていきます。

Form確認小テスト

プリント

 

運動の表し方

２次元の落下運動

　２次元の落下運動（水平投射・斜方投射）について扱います。いろいろなものの位置が予測できて、世の中が少し違って見えるかも？モンキーハンティングも作ってみました。挑戦してみましょう。

プリント

６章　剛体にはたらく力のつり合い

・力のモーメント（前半）

・力のモーメント（後半）

・【問題演習１】立て掛け問題

・【問題演習２】三日月型の重心

この単元では大きさのある物体について扱います。大きさのある物体は回転をすることがあります。なぜだるまは少し押してももとにもどるのか？いろいろなことがよくわかる単元です。

・プリント

・問題演習１

・問題演習２

７章　運動量の保存

・力積

・運動量

・運動量の保存

・反発係数

・運動量と力E

　仕事とエネルギーに比べて、より直感的に理解できる内容です。複数の物体が衝突したときに、変わらない物理量があるのです！

大型台車の実験について、運動量保存を使って説明してみよう！

Slide　運動量とその保存

インタラクティブ教材　運動量の保存

・プリント（力積）

・プリント（運動量）

・プリント（運保）

・プリント（反発係数）

・プリント（運動量と力E）

８章　等速円運動・慣性力

・等速円運動

・問１ 等速円運動

・問２ 円錐振り子

　加速度の向きと速度の向きが異なる平面上での等速円運動について扱います。

インタラクティブ教材　等速円運動

プリント

問１

問２

・慣性力と円運動（慣性力）

　電車の中で感じる不思議な力「慣性力」。これと遠心力との関係について見ていきましょう。

インタラクティブ教材　三角台の運動

プリント

９章　単振動

・単振動と復元力

・単振動と円運動（問題演習）

・鉛直ばね振り子と位置E

・鉛直ばね振り子（問題演習）

等速円運動の射影である、単振動について見ていきましょう。

インタラクティブ教材　単振動と円運動

・プリント（単振動）

・プリント（単振動と円運動問題）

・プリント（鉛直ばね）

・プリント（鉛直ばね問題）

１０章　万有引力

・万有引力の法則

・第１宇宙速度

・第２宇宙速度

・楕円運動（準備中）

ケプラー・ニュートンが発見した天体の法則について見ていきましょう。

・プリント（万有引力）

・プリント（第一宇宙速度）

・プリント（第２宇宙速度）

・プリント（楕円運動）
→　答え（楕円）

力学マップ

力学で覚えておくと良い公式をマップでまとめました。

力学公式マップ

　PDF（穴空き） 　PDF（答え入り）

熱力学（熱と気体）

１章　熱とエネルギー

熱・物質の三態

物理基礎（２単位）の範囲の熱力学についてです。温度の正体は内部にもったエネルギーについてです。

・プリント（熱・物質の三態）
→　答え（熱）

・プリント（熱量の保存）
→　答え（熱量の保存）

・プリント（内部エネルギー）
→　答え（内部エネルギー）

２章　気体の法則

温度と熱（準備中）

気体の法則（準備中）

ここからは、物理（４単位）の範囲です。

気体分子の運動と、マクロな圧力や温度との関係を数式で結びつけていく、面白い分野です。

・プリント（温度と熱）
→　答え（温度）

・プリント（気体の法則）
→答え（気体）

３章　気体分子の運動・気体の状態変化

気体分子運動論

気体分子の運動と、マクロな圧力や温度との関係を数式で結びつけていく、面白い分野です。

・プリント（運動論）

・気体の状態変化

・定圧変化・定積変化

・等温変化・断熱変化

・モル比熱

・熱機関

　後半は４つの熱の過程と、エネルギーサイクル、そしてモル比熱についてです。

 ・プリント（気体の状態変化）
→　答え（状態変化）・プリント（定圧・定積）
→　答え（定圧・定積）・プリント（等温・断熱）
→　答え（等温・断熱）・プリント（モル比熱）
→　答え（モル比熱）・プリント（熱機関）
→　答え（熱機関）

波動（波）

１章　波の性質

波を表す２つのグラフ

 

波がわかると音や光もわかる！？今日は波の１回目「波を表す２つのグラフについて」です。

【追加教材】
・問題（１）～（３）に対するインタラクティブ教材
・問題（４）に対するインタラクティブ教材
・１つの波の追加と媒質の振動　インタラクティブ教材
・横波（ハチ）のインタラクティブ教材

プリント

 

縦波の横波表記

縦波を横波のようにして表す方法について学びます。動きがあるインタラクティブ教材で動かしながら理解することができます。

縦波のインタラクティブ教材

プリント
・波の重ねあわせの原理

・波の反射

・定常波

　波と波をぶつけるとどうなるのか？波が壁にぶつかるとどうやって返ってくるのか？粒子とは違った波特有の性質について学びます。

・波の重ねあわせのインタラクティブ教材

・波の反射のインタラクティブ教材

・プリント（重ね合わせの原理）

・プリント（反射）

・プリント（定常波）

 

２章　音の伝わり方と発音体の振動

・音の性質

・弦の振動

・気柱の振動

音の性質・弦の振動・気柱の振動など音波についての内容です。身近にある音ですが、不思議で面白い実験を多数紹介します。

・プリント（音の性質）

・プリント（弦）

・プリント（気柱）

３章　光の性質・レンズ

・光の性質

・レンズ

光の波の性質について学びます。また光を利用したレンズについて、その公式の導き方や使われ方について、作図などを通して考えていきます。

・Geogebra（レンズの公式）

・プリント（光の性質）

・プリント（レンズ）

 

ホイヘンスの原理

波のいろいろな性質について、ホイヘンスの原理をつかって統一的に説明をしてみましょう。

インタラクティブ教材　・素元波 　・線状の波　・回折 ・反射　・屈折

PDF（ホイヘンス）
屈折率

屈折の法則

全反射と臨界角

　屈折の法則について、ホイヘンスの原理を使って導きます。

PDF（屈折率）

PDF（屈折２）

PDF（全反射）

４章　光の回折

波の干渉

ヤングの実験

回折格子

薄膜１（正面）

薄膜２（斜め）

くさび形

ニュートンリング

干渉縞については、その縞模様がなぜできるのか、その縞が何番目（ｍ）なのか、などがわかることがとても大切です。それらについて、手で動かして考えてみることや、問題演習を通してマスターしましょう。

PDF（波の干渉）

PDF（ヤング）

PDF（回折格子）

PDF（薄膜１）

PDF（薄膜２）

PDF（くさび）

PDF（リング）

５章　ドップラー効果

１ ドップラー効果（前半）式の成り立ち） ２２分

２ ドップラー効果（後半）１４分

ドップラー効果の式の成り立ちについて、イラストを使って丁寧に解説します。シミュレーション教材については、緑の旗をクリックして、さわってみてください。

プリント

シミュレーション

・音源が動く
・観測者が動く

原子

動画（Youtube） 内容 プリント（PDF）

１章　電子と光

・電子の発見v1

・電子の発見v2

電子１つの電気量と質量の比（e/m比電荷）を測定した実験について、まとめました。

・プリント（電子）v1

・プリント（電子）v2
→　答え（電子）v2

ミリカンの実験v1

ミリカンの実験v2

電子１つの電気量を測定したミリカン。さてどのようにして測ったのでしょうか？

プリント（ミリカン）v1

・プリント（ミリカン）v2
→　答え（ミリカン）v2

・光電効果（前半）v1

・光電効果（前半）v2

・光電効果（後半）v1

・光電効果（後半）v2

金属に光をあてると電子が飛び出してくる光電効果という現象について考えていきます。

プリント（光電 前半）v1

プリント（光電 後半）v1

・プリント（光電）v2
→　答え（光電）v2

・コンプトン効果 v1

・コンプトン効果v2

（合わせてこの動画も御覧ください）

光は波でもあり粒子でもある。そんな受け入れがたいことが、物質にも言える！？電子は波だった!?

プリント（コンプトン）v1

プリント（コンプトン）v2
→　答え（コンプトン）v2

２章　原子と原子核

・ボーアモデルv1

・ボーアモデルv2

原子の構造について化学では、K、L、M殻という電子の軌道があることも勉強しています。実はこの軌道と電子の波動性には大きな関係がありました。

プリント（ボーア）v1

プリント（ボーア）v2
→　答え（ボーア）v2

・放射線v2

・半減期v2

・核反応v2

放射性崩壊と３つの放射線について扱います。放射性崩壊によって、どのように数が変化していくのか？また核力について扱います。あの有名なアインシュタインの式も登場します。

・PDF（放射線）

・PDF（半減期）

・PDF（核反応）

中学　理科１分野

動画（Youtube） 内容 プリント（PDF）

ガスバーナーの付け方・消し方

ガスバーナーの付け方・消し方についてまとめました。やってみなければわからない！のですが、実験動画では実際に火をつけて説明をしています。

ガスバーナーの使い方

・凸レンズ（前半）

・凸レンズ（後半）

凸レンズの作図について、実験映像をみながら順番に説明していきます。

・プリント（前半）

・プリント（後半）

・力の性質と表し方

中学で扱う力学のはじめの授業です。力は目に見えません。力ってなんだろう？そんなところからスタートします。

 ・プリント１

・プリント２

微積を使った物理の考え方

まずはじめに、微積分の公式の確認！

＜力学＞

等速度運動と微積
等加速度運動と微積
斜方投射と微積
空気抵抗のある落下運動
隕石の落下運動

円運動と微積
数学好きにおすすめの円運動と微積

微積で単振動を考えてみよう
単振動の数式とイメージを一致させよう！
単振動のエネルギーの表現方法

＜電磁気分野＞

コの字型回路と微積分
電磁誘導とジュール熱の関係

コンデンサーの放電と微積分
コンデンサーの充電と微積分

電気振動とブランコの振動

＜原子分野＞

放射性崩壊とビールの泡
放射性崩壊と半減期

外部サイト　他校の先生が作ったおすすめの教材

・野草図鑑　http://chiba-muse.jp/yasou2010/

・高校物理CG教材　http://physics7.starfree.jp/phy/

・高校物理イメージ教材　http://www.miyazaki-catv.ne.jp/~yuasa1436/index.htm

大学生向けリメディアル教育コンテンツ

＜医療系・看護系学生向け＞

【看護学生の物理の質問】θがどこにくるのかわからない！

【看護と物理】なぜ最高点からもう一度ｙ軸を作らなくていいの？

教員向け実験教材等

理数教材プログラミング

・スクラッチ桑子研サイト

・等速円運動と正弦波・単振動
・縦波の横波表記
・等速度運動・等加速度運動
・モンキーハンティング

実験教室運営

・実験教室を行う前のチェックリスト

イージーセンスの実験事例集

・イージーセンスを製造しているData Harvest社のWhitleyさんのオススメ実験
・イージーセンスV-HUBで負の等加速度運動の実験
・うなりで見る「イージーセンスを使う理由」
・減衰する様子まで見える！イージーセンスと電気振動
・見てわかる！イージーセンスで自己誘導を観察してみよう！
・見える！イージーセンスで作用反作用の法則がわかる！
・記録テープではデキない実験！なぜセンサーを使うのか？
・電磁誘導が見えた！電気ブランコとイージーセンスのコンボ
・イージーセンスとワイルドミニ四駆をつかった等速度直線運動の観察
・直流と交流をリアルタイムで見る！？イージーセンスの使い方

※　イージーセンスなどのICTを講習会を日本各地で開いています。詳しくはこちらからどうぞ。

　イージーセンスを販売しているイギリスのData Harvest社のSteave Whitley [Managing Director（取締役社長）]さんが会いに来てくれました。実験方等いろいろな技術について教えていただきました。

＜素材集＞

・フレミング左手や右ねじ右手の素材
・作用反作用の素材
・電磁誘導で使える素材

ボール型ロボットプログラミング教育

・Sphero（スフィロ）を使ったプログラミング

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