気体の変化と熱（圧力・ボイルの法則・シャルルの法則）

理科（物理Ⅰ）学習指導案

尾 道 東 高 等 学 校

指導者 玉田 健

１ 日 時 平成１８年９月２６日（火） 第３校時

２ 場 所 地学教室 （３F）

３ 学年・学級 第２学年５・６組 物理βクラス

（物理Ⅰ選択者２７名 男子２４名，女子３名）

４ 単 元 名 運動とエネルギー

イ エネルギー （ウ）熱と温度

気体の変化と熱 （圧力・ボイルの法則・シャルルの法則）

５ 単元について

○ 単元観

高等学校物理において，熱とエネルギーに関する現象を理解するためには，分子の熱運動と圧力をど

のように捉えるかが重要であると考えられる。それは，分子の熱運動の激しさで物体の温度が決まり，

比熱や熱容量などの物理量にも差が生じる。また，気体の状態を示すときには，圧力，温度，体積を用

いることが多く，特に圧力について考える場面では，気体分子の運動を基に考えなければ説明ができな

い。

熱運動と圧力については，その原因である分子そのものを観察することは難しいため，モデル図やア

ニメーションを用いて説明する必要がある。圧力，体積，温度の変化を利用した実験は，生徒が関心を

抱くものが多い。ボイル・シャルルの法則もその典型であり，観察・実験をさせながら公式化して定着

させることで，熱力学の第一法則へもスムーズに移行できる。この単元では，定量的な実験と定性的な

実験を組み合わせながら，見えない分子の運動の概念を理解しイメージする科学的な思考力・判断力の

育成と，実験・観察を通して自然の事物現象に対する関心・意欲・態度の育成に重点をおきたい。

○ 生徒観

生徒はこれまで熱とエネルギーについて，中学校で「圧力」

「大気圧」，高等学校の第１学年で「熱と

温度」「比熱と熱容量」の単元において，日常生活で見られる現象を中心に既に学んでいる。しかし，

分子の熱運動を基にして，圧力，体積，温度等の状態や法則を学ぶのは高校の「物理Ⅰ」からである。

物理選択者５１名への事前アンケートでは，物理を選択した理由に「受験に必要」が１５名，「生物と

比べた」が７名，

「進学の幅が広い」が６名，

「面白そうだった」が１１名であり，その他が１２名であ

った。また，大学進学希望者は４１名だが，そのうち３６名が物理の印象として「難しい」と答えてお

り，いかに関心を持たせながら，受験に対応する学力をつけさせるかが大きなテーマである。

物理Ⅰでの「気体の変化と熱」では，１学年の理科総合Ａでの「熱」の内容を，分子の熱運動を踏ま

えて再確認しながら授業を進めているため，生徒もさほど戸惑いがない。また，観察や実験が絡む授業

ほど意欲的な態度が見られるので，これからもできる限り授業に観察や実験を取り入れていきたい。

○ 指導観

本単元を通して，問題解決的な活動を通して，科学的な思考力を育てるための理科学習指導の工夫を

した。「気体の圧力」では，分子の熱運動自体を見せようとするのではなく，体積や温度の変化から実

感させることで，人間にとって身近なものであることを伝えたい。また，気体の体積が温度によっても

変化することについては，実験を取り入れた上でボイル･シャルルの法則を導出するなどし，気体の状

態についての科学的思考力を育成させたい。

６ 単元の目標

日常に起こる物体の運動や様々なエネルギー現象を観察，実験などを通して探究し，それらの基本的

な概念や法則を理解させ，運動とエネルギーについての基礎的な見方や考え方を身に付けさせる。

７ 単元の評価規準

関心・意欲・態度 思考・判断 観察・実験の技能・表現 知識・理解 熱に関する現象に関心を持 ち，意欲的に探究しようと している。 熱に関する実験・観察を通 して，熱がエネルギーであ ることを，実証的・総合的 に考察している。 熱に関する実験の技能を習 得するとともに，実験の過 程，結果，考察を的確にま とめている。 熱に関する基本的な概念や 法則を理解する。

8 指導と評価の計画（全８時間）

評価 学習内容 関 思 技 知 評価規準 評価方法 １ 温度と熱運動 熱と熱平衡 ○ 絶対温度や熱運動に関心をもってい る。 行動観察 ２ 熱容量と比熱 ○ ○ ・物体の比熱及び熱容量について考えて いる。 ・物体の温まりやすさなどを理解してい る。 ワークシート ３ 比熱の測定 ○ 熱量計を用いた実験により，比熱の測 定方法を習得している。 ワークシート ４ 熱量の保存 ○ 熱量保存の法則を理解し，問題を解く ための知識を身に付けている。 ワークシート ５ 物質の状態・潜熱と内部 エネルギー ○ 物体の内部エネルギーや状態変化に おける潜熱について理解している。 ワークシート 行動観察 ６ ボイル･シャルルの法則 （本時） ○ ○ ・圧力による現象に関心をもっている。 ・各現象でボイル･シャルルの法則を考 えている。 行動観察 ７ ボイル･シャルルの法則 ○ ボイル･シャルルの法則を理解し，問 題を解くための知識を身に付けている。 ワークシート ８ 熱力学の第一法則 ○ ○ ・気体の状態を圧力，体積，温度で表す ことを理解している。 ・熱サイクルについて考えている。 ワークシート

９ 本時の展開

（１）本時の目標 体積の変化に関心を持ち，圧力と温度が体積変化に関与することを考える。

（２）観点別評価規準 ・実験を通し，圧力と体積の関係に関心をもっている。

・圧力と体積に関する実験から，法則性を考えている。

（３）準備物 ワークシート，富士山頂で空気を入れた容器，気体の法則実験器，教材提示

装置，プロジェクター，丸底フラスコ，ビーカー，コルク栓，ガラス管

（４）学習の展開

時

間

学習活動

指導上の留意点

判断基準

評価方法

導

入

５

分

[富士山頂で空気を採集した容器の提示] ・山頂の空気を入れた容器がへこむことに ついて，原因を考えてプリントに書く。 ・「圧力（気圧）」や「体積」と いう表現を使うようにする。 ・生徒間の話合いをすすめる。 ・容器のへこみに 関心をもってい る。 (行動観察)

展

開

①

15

分

【圧力と体積の関係】 気体の法則実験器を使い，圧力と体積の 間にどのような関係があるかを考える。 【ボイルの法則】 温度一定のときの圧力と体積の間にあ る関係について考える。 ・ワークシートを活用する。 ・例題を解く。 ・ボイルの法則の定量的な実験 を行って理解させる。 ・ボイルの法則の公式をシート にまとめさせる。 ・Ｐ−Ｖグラフを使う。 ・簡単な数値の問題を解かせる。 ・圧力と体積の関 係に関心をもっ ている。 (行動観察)

展

開

②

15

分

【温度と体積の関係】 [富士山頂で空気を採集した容器の提示] 富士山頂と教室内で，気圧以外の環境の 違いを考える。 【演示実験】 ・丸底フラスコ内の空気の温度変化による 体積変化を利用し，水位変化を観察す る。 ・水位が変化する現象について，原因を考 えてプリントに書く。 ・容器は下山することで膨らもうとしてい たことを知る。 【シャルルの法則】 圧力一定のときの体積と絶対温度の間 にある関係について考える。 ・ワークシートを活用する。 ・例題を解く。 ・標高差による温度の違いに気 が付くようにする。 ・温度も体積変化に関係するこ とを伝える。 ・生徒1 名に丸底フラスコを温 めさせる。 ・温度と体積の関係を考えさせ 原因を文章で書かせる。 ・「温度」や「熱運動」という言 葉を使うようにする。 ・温度変化以上に気圧の変化が 大きく関係していたことを伝 える。 ・シャルルの法則の公式をシー トにまとめさせる。 ・Ｐ−Ｖグラフを使う。 ・絶対温度を使用させる。 ・簡単な数値の問題を解かせ る。 ・水位の変化に関 心を持ち，その 原因を考えてい る。 ・積極的に原因を 考えて書こうと している。 (行動観察) (行動観察)

展

開

③

10

分

【ボイル･シャルルの法則導出】 ・ワークシートを活用する。 ・２つの法則

Ｖ

Ａ

／Ｔ

Ａ

＝Ｖ

Ｂ

／Ｔ

Ｂ

Ｐ

Ａ

・Ｖ

Ａ

＝Ｐ

Ｂ

・Ｖ

Ｂ より

Ｐ

Ａ

・Ｖ

Ａ

／Ｔ

Ａ

＝Ｐ

Ｂ

・Ｖ

Ｂ

／Ｔ

Ｂ を導く。 ・例題を解く。 ・Ｐ−Ｖグラフを使う。 Ｐ Ｃ

・

Ａ

・

・

Ｂ Ｏ Ｖ ・状態Ａ（Ｐ _A，Ｖ _A，Ｔ _A） 状態Ｂ（Ｐ _B，Ｖ _B，Ｔ _B） 状態Ｃ（Ｐ _C，Ｖ _C，Ｔ _C） Ａ→Ｂの変化はシャルルの法 則に，Ｂ→Ｃの変化はボイルの 法則に従うものとする。 ・簡単な数値の問題を解かせ る。 ・自らボイル･シャ ルルの法則を導 こ う と し て い る。 (行動観察)

ま

と

め

５

分

【気体の体積変化の要因】 ・気体の体積を変化させる要因について， 圧力と温度に着目して考える。 【自己評価】 ・本時の内容を自己評価する。 ・ワークシートを提出する。 ・本時の授業を自己評価させる。