小5理科「電磁石の性質１」指導アイデア

特集: 文部科学省教科調査官監修｢教科指導のヒントとアイデア｣

2023.09.07

単元の目標

電流の大きさや向き、コイルの巻き数などに着目して、それらの条件を制御しながら、電流がつくる磁力を調べる活動を通して、それらについての理解を図り、観察、実験などに関する技能を身に付けるとともに、主に予想や仮説を基に、解決の方法を発想する力や主体的に問題を解決しようとする態度を育成することがねらいとなります。

学習指導要領では、次のことを理解するようにすることが示されています。

ア（ア）電流の流れているコイルは、鉄心を磁化する働きがあり、電流の向きが変わると、電磁石の極も変わること。

ア（ア）を理解するように指導しましょう。また、その過程において、思考力、判断力、表現力等や学びに向かう力、人間性等を育成しましょう。

単元展開

総時数　11時間

「エネルギー」を柱とする領域である本単元は、主として「量的・関係的」な見方を働かせることが特徴的な学習です。電流の大きさやコイルの巻き数を変えることで電磁石の鉄を引き付ける強さが変化することを、比較しながら調べていきます。そして比較をする際には、条件を制御して、解決の方法を発想することがとても重要になります。本単元では、実験に用いる道具や材料（導線の長さや電池の種類など）など様々な条件のうち、変えたい条件以外の条件が同じになるよう実験の条件を整える必要があります。正確な比較をするために大切なこととして、子供と条件を制御して解決の方法を発想することの意義をしっかりと確認しましょう。

第１次　電磁石の極

安全指導①

【単元全体を通した注意】
●乾電池をコイルに繋いだままにすると、コイルが発熱し、熱くなります。火傷の原因になるので、コイルや電磁石を扱う際は、実験するときのみ回路を繋ぐようにしてください。

１　電磁石を作って、気付いたことを話し合う。（授業の詳細）

電磁石は生活の様々な場面で活躍しています。しかし、子供たちが生活の中で目にすることはほとんどなく、初めての出合う子供が多いと思われます。そこで、単元導入時に、教師が自作した電磁石を用いて、電気が磁力をつくる様子（クリップなどを引き付ける様子など）を提示します。子供たちがもつ電磁石への興味・関心が高まるはずです。第５学年までの学習では、磁力をもつものとして「磁石」について学習してきました。電磁石の性質を追究する際に磁石の性質を想起することでこれからの学習の見通しをもつことができるようになります。

２　電磁石と磁石を比べながら電磁石の性質を調べる。

３　電流の向きと電磁石の極のでき方の関係を調べる。

安全指導②

【回路の中で乾電池を複数扱う際の注意】

●乾電池を導線で繋ぐ時に、＋極と＋極、－極と－極どうしで繋いでしまうと、電流がうまく流れず、電池が発熱したり、破裂したりして、大変危険です。直列回路を作る際は、極の向きに注意してください。

第２次　　　　

４　電流の大きさと電磁石の強さの関係を、条件を整えて調べる。

５　コイルの巻数と電磁石の強さの関係を、条件を整えて調べる。

６　作ってみよう「電磁石を利用したおもちゃを作ってみよう！」に取り組む。

７　｢確かめよう｣、｢学んだことを生かそう」に取り組む。

授業の詳細

第１次　電磁石の極

電磁石を作って、気付いたことを話し合う。

①問題を見いだす【自然事象との出会い】

ここにある材料を組み合わせることで、磁石のような働きをする「電磁石」を作れます。（自作した電磁石を提示）

磁石じゃないのに、クリップが引き付けられたよ。

ここで作製する電磁石は、今後の実験でも使います。他の電磁石と比較する際の条件をそろえることができるように、導線の長さに気を付けて準備をする必要があります。特に、第２次４時目「コイルの巻数と電磁石の強さの関係」では、巻き数を増やした電磁石を作ります。ここで作る電磁石の導線と同じ長さで作製しましょう。

鉄心で使用する鉄（鉄くぎなど）は、一度火で熱したものを使います。熱した鉄にすることで、鉄に残っている磁性を消すことができます。また、電流を止めた後、磁石の性質が抜けやすくなる利点もあります。そのため、磁性が残ってしまい、結果がそろわなくなる誤差を少なくすることができます。
※熱し方は下部の「その他のポイント」で紹介しています。

これまで学習した磁石によく似ているね。

電磁石を作ってみよう。

「磁石」のように、クリップ（鉄）を引き付ける様子が確認できたよ。では、「磁石」と「電磁石」は、全く同じなのかな。

電磁石と磁石の性質に違いがあるだろうか。

②予想する

ここでは、磁石と電磁石の比較を通して、電磁石の性質に注目していきます。活動前に３年生「磁石の性質」の内容を確認しておきましょう。磁石の性質を振り返りまとめたものを掲示するなどして、磁石の性質を基にしながら単元導入時の活動を振り返ることで、電磁石との共通点や差異点に気付くことができます。また、ここでの活動が、「③解決方法を考える」場面で、磁石と電磁石の性質に違いがあるのかどうかは、磁石と電磁石の働きや性質を「実際に比べながら調べればよい」という、解決の方法に気付くことにもつながります。

たくさんの材料を使わないと、磁石のように鉄を引き付けなかったなあ。

電流が流れていないと、鉄を引き付けないのではないかな。

③解決方法を考える

電磁石の働きは磁石と似てそうだから、比べてみるのはどうかな。

そういえば、磁石にはいつも鉄を引き付け続ける働きがあったよね。

たしか他にも、磁石の間に紙をはさんでも、鉄を引き付けたよね。

S極とN極があったよ。方位磁針を使って確かめたことがあるよね。

なるほど。では、電磁石も同じ働きが見られるのかについて比べながら調べてみたらいいね。

①いつも磁石の働きがあるか調べる。
②離れていても鉄を引き付けるか調べる。
③極があるか調べる。

④観察・実験をする

作った電磁石によって、方位磁針の針のふれる向きが違うなあ。

電磁石とクリップの間に紙があっても、クリップを引き付けたよ。

各班の結果を全体で共有し、一覧にまとめる活動を設定することで、他の班の結果と比べたり、全体的な傾向をつかんだりと、より対話的で、客観性の高い考察に繋げることができます。また、結果の表示方法を記号や色分けなど工夫して行うことで、視覚的にとらえやすく整理することができます。本実験のように、多くの実験結果を共有し、整理する際には、タブレット端末の提示機能を用いることで、効率的・効果的に行うこともできるのでおすすめです。
なお、実験結果を共有することで、結果にずれが生じた場合には、再検証の実験を行い、それを解消することも大切です。その際には、実験を失敗したからやり直すのではなく、実験方法や条件を確認しながら再実験を行い、条件制御を通して解決の方法を発想することの重要性に目を向けられるようにしましょう。

それぞれの班でまとめた表を、大型モニターで一緒に比べてみましょう。

⑥結果を基に考察する

どの班も磁石と電磁石に、鉄を引き付けるという性質があるね。

電磁石は、電流が途切れると、磁石の性質をもたなかったよ。

N極やS極は、電磁石によって向きが違ったよ。

⑦結論を出す

電磁石には、磁石と同じように極があり、鉄を引き付ける性質がある。しかし、電流が流れなければ、その性質は発揮されない。

⑧振り返る

電磁石にも極があることが分かったけど、電磁石によって極は違うのかな。

引き付けるクリップの数は、磁石の方が多かったね。電磁石に引き付けられるクリップの数をもっと増やせないかな。

その他のポイント

【鉄心の熱し方】
鉄は、磁石になりやすい性質なので、購入した鉄くぎなどがすでに磁石の性質をもっていたり、いったん磁石の性質をもつとそれが抜けきれず、電流を切っても磁石の性質が残ってしまったりする場合があります。
そこで、事前に「焼きなまし」を行うことで、それまであった磁力を消し、実験に適した状態にすることができます。
鉄が真っ赤になるまで熱し、その後、ゆっくり冷やしましょう。
加熱には、ガスバーナーやアルコールランプ、ガスコンロなどが使えますが、ＢＢＱの際にアルミホイルに包んだ鉄くぎを炭の中で熱することでも、焼きなましは可能です。
必要に応じて火ばさみや耐火皿などを準備し、やけどや火事には十分注意しましょう。

イラスト／難波孝

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