令和３年度
スーパーサイエンスハイスクール
ＫＳＰ課題研究論文集

新潟県立柏崎高等学校

はじめに
新潟県立柏崎高等学校長 吉川 保
本校は、平成 20 年度に文部科学省よりスーパーサイエンスハイスクール（ＳＳＨ）の指定を受け、普通科理数コースを中心に将来の科学技術を担う人材の育成に取り組みました。平成 25 年度に２期目５年間のＳＳＨ「実践型」に指定され、１期目を継承・発展させてカリキュラム開発と指導・評価方法の調査研究を行いました。平成 30
年度に３期目５年間の指定を受け、理数コースの廃止に伴い全校生徒を対象に、課題
研究と探究活動を中心に研究開発をスタートし、４年目に入りました。
さて、この令和３年度の課題研究論文集は、第３期目のカリキュラムで学んだ現在の３年生の課題研究の成果をまとめたものです。
生徒は、１年生で探究活動や課題研究をすすめるうえで必要な科学的な見方・考え方を知り、基礎的な科学的リテラシーを学ぶ「ＫＳＰ（柏崎サイエンスプロジェクト）
Ⅰ」とともにデータ解析、統計処理、プレゼンテーション能力といった研究スキルを学ぶ「ＳＳ情報」、２年生で少人数のグループで課題研究に取り組み、課題発見力や課題解決力を育成する「ＫＳＰⅡ」、３年生で「ＫＳＰⅡ」で行った課題研究について論文にまとめ、英語で発表する「ＫＳＰⅢ」といった学校設定科目により課題研究を行ってまいりました。
また、国際的に活躍され、注目されている研究者や技術者による科学技術イノベー
ションに関する講演「ＳＳＨスーパーイノベーション講演会」の聴講、県外の大学・研究機関等へ研修する「サイエンスツアー」への参加、韓国の科学重点校との交流、本校生徒が講師となり市内小学校に理科の実験を行う「柏崎サイエンススクール」の実施により、科学技術に対する興味・関心を高め、課題研究に挑戦する意欲と社会貢献の意識を高めてきました。
課題研究は、１年生の冬に課題を設定し、２年生の夏に中間発表を行い、冬に研究成果として発表し、３年生の春に英語による発表を行いました。その後、論文として完成させたものです。課題研究は、次期学習指導要領で示された「主体的、対話的で深い学び」を実践し、「総合的な探究の時間」を踏まえた内容になっており、論理的思考力の育成やプレゼンテーション能力、英語で伝える力の向上などの成果があったものと考えております。
この論文集が本校の後進のみならず、他校や教育関係機関の皆様の参考になれば幸いです。また、御意見、御助言等がございましたら、今後の取組の参考になりますので、御連絡をお願いいたします。
課題研究に当たっては、熱心に指導していただいた先生方をはじめ、国立研究開発
法人科学技術振興機構（ＪＳＴ）、新潟県教育委員会並びに運営指導委員の皆さま、新潟大学、上越教育大学、新潟工科大学等多くの大学・研究機関から、温かい御指導、御協力を賜りましたことに、心から御礼を申し上げます。

1

目次１
文理

分野

研究テーマ

ページ

理系２（ＫＳＰⅡ ２単位）
理系１（ＫＳＰⅡ １単位）

ＫＳＰについて

・・・

４

数学

三平方の定理の整数比について

・・・

１０

数学

Python による対話型 AI の作成

・・・

１３

物理

熱気球の研究

・・・

１６

物理

シャボン玉の割れにくい条件

・・・

１９

化学

柏崎の砂で色ガラスは作れるか

・・・

２２

生物

庭のキノコの繁殖を簡単に防ぐには

・・・

２７

生物

アフリカナガバモウセンゴケにおける栄養素による生育の比較

・・・

３０

生物

藻類から紙を作ってみよう

・・・

３４

数学

曜日判定システム

・・・

３７

物理

車両の形状による空気抵抗の違い

・・・

４３

物理

虹がきれいに見える条件

・・・

４５

物理

ピンポンキャノンによるピンポン球の初速と軌跡の測定

・・・

５４

物理

ワイングラスの音の変化

・・・

６１

化学

ストームグラスで天気を予測する

・・・

６９

化学

中央海岸の砂鉄で作った鉄の硬度を調べる

・・・

７５

化学

チョークの合成

・・・

８３

化学

卵の殻から粉の舞いにくいチョークを作る

・・・

８８

化学

洗剤の成分による洗浄力の違い

・・・

９６

生物

枝豆の実を４つにしよう

・・・

１０２

生物

柏崎の海で出会える生物は？

・・・

１０４

生物

地衣類から柏崎高校の環境を知ろう

・・・

１１４

生物

動物プランクトンの種組成は池と水槽でどう違うのか

・・・

１２０

柏崎高校が避難所になったら

・・・

１２５

防災

～新型コロナウィルスにおけるゾーニングの考察～

家庭科

簡易的な洗濯作業における中性洗剤と弱アルカリ性洗剤の違い

・・・

１３０

家庭科

環境に優しいプラスチックをつくろう

・・・

１３９

家庭科

米のとぎ汁の再利用

・・・

１４３

2

目次２
文理

分野
世界

研究テーマ
映画『グランド・イリュージョン』（１作目）と

ページ
・・・

１４８

『グランド・イリュージョン 見破られたトリック』（２作目）の分析

文系（ＫＳＰⅡ １単位）

世界

各国の COVID-19 への向き合い方は？

・・・

１５８

世界

国歌にはその国の特徴が表れるのか

・・・

１６３

世界

秦が中国を統一できた要因

・・・

１７１

世界

どんなアニメが世界で人気なのか

・・・

１７８

世界

なぜキリスト教は広まったのか

・・・

１８５

世界

日本で海外料理が流行している理由

・・・

１９１

世界

服と流行色の関係

・・・

１９８

日本

売れるジャニーズの秘訣

・・・

２０８

日本

各スポーツにおける最適なルーティーンとその効果について

・・・

２１９

日本

太平洋戦争の戦いの知名度に差はあるのか

・・・

２２６

日本

ディズニーに何度も行きたくなるのはなぜか

・・・

２３５

日本

動物が人間の生活の一部になったわけ

・・・

２４２

日本

どのようなお菓子がヒットするのか？

・・・

２５０

日本

なぜ明智光秀は織田信長を裏切ったのか

・・・

２５８

日本

人気曲の共通点 ～back number の共通点に迫る～

・・・

２６５

日本

Mind Control

・・・

２７６

日本

豊かな生活は社会保障によってもたらされるのか

・・・

２８５

地域

柏崎の食文化

・・・

２９３

地域

観光氷河期脱却の鍵

・・・

３０１

地域

健康に良いスポーツは何か

・・・

３０７

地域

新型コロナウィルスに対する観光業への取り組みはどのようか

・・・

３１６

地域

モバイル端末がこどもたちに与える影響とは

・・・

３２２

3

KSP について
本校は平成 20（2008）年度より文部科学省のスーパーサイエンスハイスクール（SSH）に指定され、SSH の目玉事業として、「課題研究や探究活動を通じて，課題の発見、課題の探究、課題の解決の過程を学ぶことにより、生徒の主体性と課題解決力を伸ばす教育課程の研究開発」を行ってきた。その研究成果として、平成 30（2018）年度より、全校生徒対象の学校設定科目である「ＫＳＰⅠ・ＫＳＰⅡ・ＫＳＰⅢ」を設置した。ＫＳＰとは、Kashiwazaki Science Project の略である。
１ ＫＳＰの目的
柏崎の自然環境や地域資源等を活用し、グループで探究活動を行い、その成果を発表することで、生徒の主体性や協調性、科学的思考力や課題解決力およびコミュニケーション力やプレゼンテーシ
ョン力の向上・育成を図ることを目的とする。
２ 各学年の目標と内容
学 年

科 目
単位数

目標と実施内容
目標： 研究・探究の基礎力育成
２年次の本格的な課題研究・探究活動に向けて、探究スキルの基
礎を身につける

１ 年

ＫＳＰＩ
１単位

内容： １学期 探究基礎
探究・研究活動に必要な思考法や観点を学ぶ
・論理的思考（ロジカル・シンキング）
・批判的思考（クリティカル・シンキング）・相関関係と因果関係・リサーチクエスチョン
２・３学期 探究活動および発表会（ポスターセッション）
１学期に学んだ探究基礎をもとに、実際にグループでリサーチクエスチョンを設定して探究活動を行い、その成果を発表することで、探究活動のプロセスを一通り体験する。

理系２

目標： 研究スキルの向上・高度化グループでの本格的な研究活動を通して、主体性や協働性を身につけ、科学的思考力や課題解決力、表現力の高度化を図る。
ＫＳＰⅡ
２単位

２ 年
理系１
文系１

ＫＳＰⅡ
１単位

内容： １学期 課題研究
中間発表会
２学期 課題研究
３学期 課題研究発表会（ステージ発表，ポスターセッション）
目標： 探究スキルの向上
グループでの本格的な探究活動を通して、主体性や協働性を身につけ、科学的思考力や課題解決力、表現力の向上を図る。
内容： １・２学期 探究活動
３学期
探究活動発表会（ポスターセッション）

4

学年

科 目
単位数

３ 年

ＫＳＰⅢ
１単位

目標と実施内容
目標： 伝えるスキルの向上
２年次に行った課題研究・探究活動の成果を論文にまとめる、
ディベート等の活動を通して、他者に論理的にわかりやすく伝
え、説得するスキルを向上させる。
内容： １学期
２学期

課題研究英語発表会（理系２）
論文作成
ディベート

３ 校内発表会

ＫＳＰⅠ探究活動発表会
開催日： 令和２年１月 20 日（月）会 場： 株式会社ブルボン

5

ＳＳＨ課題研究発表会（理系２）
開催日： 令和３年２月１日（月）会 場： 柏崎市文化会館アルフォーレ

6

ＫＳＰⅡ探究活動発表会（理系１・文系）
開催日： 令和３年２月 26 日（金）会 場： 本校 大体育館

7

課題研究英語発表会（理系２）
開催日： 令和３年４月 21 日（水）会 場： 本校 小体育館

8

４ 校外発表会
新潟県ＳＳＨ生徒研究発表会
令和３年７月２０日（火）会場： アオーレ長岡
ステージ発表： シャボン玉の割れにくい条件（英語発表）
柏崎高校 ３年 関沢 秀輔，木村 将也

ＳＳＨ生徒研究発表会
令和３年８月５日（木）会場： 神戸国際展示場
ポスター発表： 柏崎の海の砂を使って色ガラスはつくれるか
柏崎高校 ３年 内田貴亜来，小田嶋 優，佐藤 未来，小池 彩菜

9三平方の定理の整数比について
新潟県立柏崎高等学校３年

神崎凌汰 渡辺拓巳
美濃川康祐 小林由征

要旨
私たちは、直角三角形の各辺を a,b,c とおいて c=b+n を満たす整数 n を用意し、n に代入することで整数(a,b,c)の組み合わせを求め、一般化することについて研究し、その研究により n に代入できる整数を一般化することができた。
Abstract
We set each of a right triangle as a,b,c, prepared on integer that satisfies c=b+n, and substituted it
for n to obtain a combination of integers (a,b,c). And we researched generalizing it and succeeded ingeneralizing the integers that can be substituted for n.
１． はじめに研究の目的
・三平方の定理における整数比が出現するときの規則について深く知ること。
・整数比が出現する条件を一般式を用いて解き明かすこと。

このとき a は奇数になる。b=4,n=1 の時、②に代入すると c=5 になる。a2=c2－b2
からそれぞれ代入すると a2=9 で0<a より a=3

a は奇数よって n が奇数の時、(a,b,c)=(奇,偶,奇)(奇,奇,偶)と考えられる。

２． 研究内容（１）方法・ｎの偶奇によって a,b,c の偶奇がどうなるか調べる。
・n に整数 1,2 を代入するとどうなるか調べる。
・n に代入できる数を偶数と奇数に分けて、文字を用いて一般化する。
（２）条件・三角形の辺を a,b,c とおき、0<a<b<c を満たす整数とする。
・三平方の定理より a2+b2=c2－①で、文字が３つあると考えにくいので右辺の c を消去すると
c=b+n－②を満たす整数 n を用意する。
① に代入すると a2=2nb+n2－③で、整数を② ③の n に代入して a,b,c の値を求める。

（２）n が偶数の場合
・②より b と c の偶奇は一致する。例として、
b=4,n=2 の時、②に代入して整理すると、c=6。
よって、(b,c)＝(4,6)=(偶,偶)。また、b=3,n=2 の時、同様にして、c=5。よって、(b,c)＝(3,5)=(奇,奇)となる。
・(b,c)=(偶,偶)の時、整数は二乗しても偶奇は変化しないので、①において、(b2,c2)=(偶,偶)よって、①が成り立つ時、a は偶数となるが、このとき a,b,c はそれぞれ 2 で割り切れるので不適。例
として、b=8,n=2 の時、②に代入して整理すると、c=10。これを①に代入して整理すると、
a2=36、0<a より a=6 a は偶数。よって、このとき a,b,c はそれぞれ 2 で割り切れるから不適。
・(b,c)=(奇,奇)の時、整数は 2 乗しても偶奇は変化しないので、①において、(b2,c2)=(奇,奇)よって、このとき a は偶数となる。例として、
b=15,n=2 の時、②に代入して整理すると、c=17。これを①に代入して整理す
ると、a2=64、0<a より a=8 a は偶数。よって、n が偶数の時(a,b,c)=(偶,奇,奇)となる。したがって(1)(2)より n が奇数の時、(a,b,c)=(奇,偶,奇)（奇,奇,偶）、n が偶数の時、(a,b,c)=(偶,奇,奇)になる。

３． n の偶奇調査（１）n が奇数の場合
・②より b と c の偶奇は逆である。例として、
b=3,n=1 の時、②に代入すると(b,c)=(3,4)このことから(奇,偶)でさらに b=4,n=1 の時、②に代入
すると(b,c)=(4,5)=(偶,奇)になる。整数は二乗しても偶奇は変化しないことから(b,c)=(奇,偶)(偶,奇)10

４． 具体的な数値の代入（１）n に 1 を代入
・③の n に 1 を代入すると a2=2b+1―④となり、n は奇数なので a は奇数となる。ここでa=2a’+1(a’は正の整数)とおき、④に代入して整理すると b=2a’2+2a’となる。また、②にも代入して整理すると c=2a’2+2a’+1 となる。よって、a’の値が定まると a,b,c の値も一つに定まる。したがって、n=1 の時(a,b,c)の組み合わせは存在する。例として、a’=1 の時、
a=2a’+1,b=2a’2+2a’,c=2a’2+2a’+1 に代入すると、a=3,b=4,c=5 となり、a,b,c の組み合わせは
3,4,5 となる。
（２）n に 2 を代入
・③の n に 2 を代入すると a2=4b+4―⑤となり、n は偶数なので a は偶数となる。ここでa=2a’(a’は正の整数)とおき、⑤に代入して整理すると b=a’2-1 となる。また、②にも代入して整理すると c=a’2+1 となる。よって、a’の値が定まると a,b,c の値も一つに定まる。
したがって、n=2 の時(a,b,c)の組み合わせは存在する。
例として、a’=4 の時、a=2a’,b=a’2-1, c=a’2+1 に代入すると、a=8,b=15,c=17 となり、(a,b,c)の組
み合わせは 8,15,17 となる。
n に 3~50 を代入した時に(a,b,c)に条件を満たす
整数比が存在するかどうかを調べた結果を下の表に示した。
○…(a,b,c)の組み合わせは存在する
×…(a,b,c)の組み合わせは存在しない
1
2
3
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5
6
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9
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○

（３）n を一般化
・偶数の場合n に代入できる数を文字を用いて一般化する。
n=2m(m は正の整数)とおき、さらに a は偶数で
a=2a’(a’は正の整数)とおく。但しここでの a’は４の(1)(2)と無関係であると約束する。③に代入して a2=4mb+4m2∴a2=4m(b+m)―⑥ ⑥が成り立つには右辺が平方数でなければならない。
( 右 辺 )=4m(b+m) こ れ だ と 考 え に く い の で
m=m’2(m’は正の整数)とおく。
よって n=2m’2 ,4m’2 は平方数で条件を満たしているので b+m’2=(m’+k)2(k は正の整数)であるとする。b について整理して b=2m’k+k2 また②より
c=2m’2+2m’k+k2⑥より a2=4m’2(m’+k)2∴a=2m’2+2m’k m’と k の値が定まれば a,b,c の値はひとつに定まる。ここで代入できる m’と k の条件を調べる。a<b より
2m’2+2m’k<2m’k+k2 整理して 2m’2< k2
両辺０より大きいので√2 ’<k よって m’と k は√2 ’<k を満たさなければならない。また k は奇数となる。
したがって n=2m’2 の時(a,b,c)の組み合
わせは存在する。

・奇数の場合n は平方数でない奇数とする。n=2m-1(m は正の整数)とおく。但しここでの m は偶数の場合と無関係であると約束する。③より
a2=2b(2m-1)+(2m-1)2―⑦また(a,b,c)の偶奇は(a,b,c)=(奇,偶,奇)(奇,奇,偶)となる。⑦が成り立つには右辺が平方数でなければならない。
(右辺)=2b(2m-1)+(2m-1)2 であり、これだと考えにくいので n=(2m’-1)2 (m’は正の整数)とおく。
ここでの m’は偶数の場合と無関係であると約束する。(右辺)=｛2b+(2m’-1)2｝(2m’-1)2 となる。
｛2b+(2m’-1)2｝は奇数である。
よって、｛2b+(2m’-1)2｝=(2s-1)2(s は正の整数)を満たせばよい。整理して
b=2s2-2s-2m’2+2m’また⑦より a=4m’s-2m’-2s+1②より c=2s2-2s+2m’2-2m’+1m’,s の値が定まれば
a,b,c の値は一つに定まる。ここで代入できる m’と s の条件について調べる。a<b より
4m’s-2m’-2s+1<2s2-2s-2m’2+2m’である。s について整理すると11

2s2-4m’s-2m’2+4m’-1>0 整理して2(s-m’)2-(2m’-1)2>0 2(s-m’)2>(2m’-1)2
両辺正なので 2 ( s m ' ) 2 m ' 1∴s>(1+ 2 )m’- 2 /2
よって s と m’はこの不等式を満たさなければな
らない。

５．結果
直角三角形の各辺を a,b,c とおき c=b+n を満たす正の整数 n を用意する。n に整数を代入する
ことで整数(a,b,c)組み合わせを求める。
このとき n に代入できる整数は
n=2m’2,(2m’-1)2 (m’は正の整数)である。
６．今後の課題③に n=2m’2,(2m’-1)2 を代入するとき全ての原始
ピタゴラス数が出現することと、他に条件が存在しないことを証明する。これらの条件で反例が存在する原因を明確にし、文字に全ての自然数を代入できる一般式を得る。
７．謝辞
本研究を行うにあたり、高橋先生、山田先生をはじめ柏崎高等学校の先生方に御指導をいただ
きました。この場を借りて感謝申しあげます。
８．参考文献高等学校数学Ⅰ,A(数研出版)2016 年

12Python による対話型 AI の作成
新潟県立柏崎高等学校３年

市島 朋弥
生田目 文太郎

要旨
私達は Python と言うプログラミング言語を学び、AI の仕組みを理解し、オリジナルの対話型 AI の作成を試みた。参考文献の中のプログラムを解読する中で、機械学習の鍵となる関数を発見した。しかし、オリジナルの AI 作成には至らなかった。
Abstract
We learning a programing language called python, understood AI works and tried to create an
original AI of talking type.
While we learned some programs in the references, we found key functions of machine learning.
However, we didn't result in creating original AI.
1. はじめに(1) 研究目的
この研究は、近年各方面での需要が増加傾向にある AI の仕組みを理解し、その技術を利用する一環としてオリジナルの AI を作成することを目的としている。
(2) 使用したプログラミング言語について
私達は今回、Python というプログラミング言語を使用した。Python は初心者向けのプログラ
ミング言語で、簡素なプログラムで実行速度の速いプログラムとなるのが特徴である。複雑なシステムも、「公開ライブラリ」を引用すること
で他の言語に比べて簡単にプログラムを組める。主に iPhone の基本システムや、YouTube 等のアプリにも用いられている。

(2) 2.「Janome」について今回使用した公開ライブラリ「Janome」は日本語の文章を品詞毎に分解して表示するプログラムである。今回は分解した文章を保存していくことで、AI に語彙を蓄積させていく。
(3) 行程・参考文献記載のサンプルコードを用いてデー
タ収集用の対話型 AI を用意する。
・用意した AI で試行を繰り返す。
・上記 2 つの行程と並行して、Python についての理解を深める。
・収集したデータとサンプルコードを基にしてオリジナルの AI を作成する。
・AI が完成し次第、再度試行を繰り返す。必要ならばプログラムを書き換える。
・試行と修正を繰り返し、AI の語彙をより人間に近付けていく。

2. 研究内容(1) 仮説Python の特性から、「AI の作成に複雑なプログラムは必要なく、プログラムの実行回数とデータの蓄積量が重要だ」という仮説を立てた。
他言語で作成された AI の事例が見付からなかったことから、Python の特性である、簡素なプロ
グラムと処理速度の速さが AI には必要なのだと考えたためだ。
(2) 1.使用開発環境
・Python-3.9
・公開ライブラリ：Janome

3. 研究結果試行を繰り返す中で、機械学習の要となるものが『study』と『save』の 2 つの関数であることがわかった。
・プログラム中でどのようにして活用されているのかを把握し切れなかった。
・試行を繰り返すにつれ、以前会話に使用した単語や文章が AI からの返答として増えてきた。
・会話自体は殆ど噛み合わず、AI が試行の内容を学習し返答を作成しているのが伺えた。

13

↓ 試行中の画像(以下の写真)

・試行終盤

・試行序盤

・試行中盤

４．考察
前述した、『AI が試行の内容を学習し自ら返答を作成している』を判断した要素として、『template』というものがある。これは、学習した単語を利用して文章を作成するプログラムが作動したときに表示されるもので、試行を繰り返すと少しずつではあるが『template』が使用される回数が増えてきた。このことから、AI
が学習したデータを基に文章を構成していると思われる。
５．今後の課題
・より試行回数を増やし AI に蓄積されるデータを増やすことである。その際にこれまでの試行
では『1 回の試行が曖昧になっていた』という課題を改善した上で試行をする。
・基本的なプログラムの組み方に今一度戻り、現状把握し切れていない箇所をなくす。
６．謝辞
本研究にあたり、本校数学科、化学科、生物

14

科、物理科の先生方には多大な御助言・御指導・御協力をいただきました。心から厚くお礼申し上げます。

７．参考文献・Python プログラミングパーフェクトマスター
2018 年 5 月 1 日 第 2 版 4 刷 (著者：金城 俊
哉 発行者：斉藤 和邦 発行所：株式会社 秀和システム)

15

熱気球の研究新潟県立柏崎高等学校３年

久家 裕大 前澤 啓人

増井

皓大

要旨
ナスカ文明の人々が地上絵を描いたときに用いたといわれる熱気球を手作りで製作し、出来れば乗って飛んでみたいというロマンを持った。その一歩としてまず、手作りの熱気球に小型 Web
カメラを装着し、映像を見てみようという目的で、小型熱気球の製作に取り組み、その上昇条件を調べる実験を開始した。
実験Ⅰでは 45Ｌの熱気球を用いたが加速度が生じず、実験Ⅱでは体積が実験Ⅰの８倍の熱気球を用いて実験し、加速度を生じさせることができた。このことから気球を上昇させるためには相当な熱量が必要であり、熱気球を大型化すると加速度を生じることが分かった。気球の素材についても追究し、さらなる大型化を目指していきたい
Abstract
We made a hot air balloon by hand, which is said to have been used by the people of the Nazca
civilization when they painted the ground, and had a romantic desire to fly in it if possible. Asa first step, we worked on building a small hot air balloon with the aim of attaching a small
web camera to it and watching the images, and started an experiment to investigate theconditions for its ascent. In experiment 1, we used a 45L hot air balloon, but no acceleration
occurred. It was found that a considerable amount of heat was required to raise the balloon,
and that acceleration occurred when the hot air balloon was enlarged. Further enlargement
and we would like to pursue materials for balloons to make them even larger.
１

はじめに
市販の薄い 45L のポリ袋を使用し、その熱気球の重量、浮力、気球内の温度、体積、燃料、素材(耐熱性、軽さ)、安全性、安定性を考慮しながら、まず熱気球を製作し、浮上させる。そのメカニズムを解析することにより、比例計算等を用いて、最終的には小型 Web
カメラ搭載の大型熱気球を製作し、その様子を観察することを目的とする。

測定器具：温度センサー(center376)
大気圧計、スマートフォン
電子天秤、記録タイマー
ばね
薬品：イソプロピルアルコール(C3H8O)
燃焼熱 2007.2 kJ/mol
エチルアルコール(C2H6O)
燃焼熱 1365 kJ/mol(2) 実験方法
実験Ⅰ 45L ポリ袋１枚の気球を用いて以下の実験を行い、浮上の条件を調べた。
1) 燃料は、イソプロピルアルコール 8mL を
軽い脱脂綿に濡らし、アルミカップ１個を用いて、自作したゴンドラに入れ、着火マン（ガスライター）で燃焼させた。発生した熱で気球を浮上させる。
2)
温度センサーを用いて、上昇した瞬間の気温の上層部と下層部の温度を測定する。（図１[2]）。
3)電子天秤を用いて、浮上する気球全体の質量を測定する（図１[3]）。
4)スマートフォンによる動画撮影と浮上時間の計測および温度センサーからの入力データを用いて、浮上するまでに必要な熱量

２

研究の仮説
１で述べた熱気球の浮上条件を調べるために、浮上した際の熱気球全体の質量、気球内の温度、燃焼熱、上昇した際の加速度などを測定する。その分析結果をもとに、最終目的である小型 Web カメラ搭載可能な大型熱気球の製作が比例計算等を用い可能になるはずである。
３ 研究内容(1) 材料や器具
材料：ポリ袋（45L）、脱脂綿、ピアノ線、
金属線、たこ糸、アルミカップ

16

5)

を算出する。
気球が上昇していく際の加速度の測定
は、はじめ気球に記録タイマーのテープを張り、上昇時の加速度を求めようと試みたが、記録テープとタイマーの摩擦程度で、全く浮上しなかったため、方針を転換し、気球の両端にたこ糸をぶら下げ、たこ糸の先端を柔らかい固定バネに取り付け、気球が浮上するとバネが伸びる仕掛けを作った（図１[5]，図２）。バネの伸びから、気球の加速度を算出することとした。

球にばねを２個取り付け、気球が上昇し、安定してばねから受ける力とつりあう状況
で、ばねが伸びた際に得られる弾性力の大きさを求めることから、浮上時の加速度が求められると考え、実験した。

図３ 大型熱気球の浮上実験の様子
図１

実験の概略図４．実験結果と考察(1)実験Ⅰの結果と考察
・試行回数（上昇に成功した回数）９回
・先にも述べたが、まず浮上時の加速度は求められなかった。記録タイマーによる算出はもとより、装着したバネも全く自然長からの伸びが見られず、加速度は測定できなかった。これは気球にはたらく浮力と重力がつりあい、気球はほぼ等速に近い状況で上昇していることを意味する。
・９回の試行のうち、気球の質量および上層部と下層部の温度の３つのデータの取得に成功したのは３回だけであった。
上

46.0

47.3

49.0

80.0

92.8

114.0

119.7

層

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

×

×

×

60.0

×

94.0

×

×

部

図２ 45L 熱気球浮上実験の様子
実験Ⅱ 実験Ⅰの体積８倍（360L）の大型熱気球を製作し、燃料のイソプロピルアルコ
ール 8mL を搭載したゴンドラ（実験Ⅰの1）で記載したものと同じ）を４個使用して実験Ⅰと同様の浮上実験を行った（図３）。
実験Ⅰ同様、まずは記録タイマー、次に気

下

℃

層

℃

47.0
℃

部
質

22.5

量

ｇ

表１

17

×

21.2

21.4

22.0

ｇ

ｇ

ｇ

23.0ｇ

×

×

45L 熱気球の温度と質量 ×は未計測

この計算結果から、浮上するためには実験で測定した温度よりも高い温度が必要ということになり、実験事実と合致しないことから、浮上時の気球の体積の大きさに問題があるか、または浮力以外の力が関与しているのではないかという考えが強まった。
こうした考えから、温度センサーを気球内の上層部の温度測定にしぼり、燃料への点火から、熱気球の上昇、下降し始めたまでの温度変化の推移を２回計測した。（図４，図５）
ちなみに 45Ｌ熱気球の浮上実験において、上昇までの平均時間は全て計測しており、平均をとると 1 分 43 秒で、ほぼ等速で上昇した。

表１は、８回分の実験の記録を記載している。上昇し始めて安定して熱気球が受ける浮力と重力がつりあっている状況下での温度を記録したものである。気球内の上層部の温度にかなりばらつきがあり、これらのデータの平均を求めてもあまり意味がないと判断した。そこで、比較的この実験に慣れ、安定して浮上に成功させることができた際の実験データ（表１にない）を抽出し、・上層部温度 １ ＝84.9℃＝357.9K
・下層部温度 ２ ＝67℃＝340K
・熱気球の平均質量 22.1g＝22.1×10 kg
このデータをもとに、浮上に関する計算を行うこととした。
気体の状態方程式 PV＝nRT と気体の密度の関係式 ρ＝nM/V より得られる
ρ = PM/(RT)= (1.013×105/(8.31×T))×28.8×10-3の式から、気球外の空気の密度 ρ および気球
内の空気の密度 ρ’を算出した。ただし、温度 T
については、気球外は実験時の実験室の室温を、気球内は上昇開始時の上層部の温度の平均値 ＝357.9K（図４・５）を用い、気球内外の圧力（P）については、両者の大きさは等しいものとし、実験時の大気圧（概ね P＝1.013×105Pa）を用いた。
次に、算出した空気の密度 ρ，ρ’を気球の浮上条件式 ρVɡ≧ρ’Vɡ＋mɡ に代入し、この条件を満たすか検討した。ただし、質量 m は、実験で使用したすべての 45L 熱気球の平均質量を用いた。その結果、気球にはたらく浮力＝ρVɡ＝0.534N、
気球にはたらく重力＝ρ’Vɡ＋mɡ＝0.649Nとなった。この結果から、気球にはたらく浮力が重力よりも小さいにもかかわらず、気球が浮上したということになる。
この結果にはいくつかの原因が考えられる。①気球の体積を 45Ｌとしているが、この値が誤っている可能性、もしくは、②気球上
昇力には浮力以外の力が関与している可能性などである。
そこで、この逆にこの気球を上昇させるために必要な気球内の温度を算出してみた。
ρVɡ＝ρ’Vɡ＋mɡ

ｍより、ρ’＝ρ－

Ｖ

図４
温度〔℃〕

45L熱気球上層部の温度変化
（１回目）

140
120
100

気球降下開始806040

気球上昇開始

20
0
0

50

100

150

200

加熱時間〔秒〕

図５
温度〔℃〕

45Ｌ熱気球上層部の温度変化
（２回目）

140
120
100
80

気球降下開始60

気球上昇開始

40
20
0

となり、

0

100

200

ρ’=(1.013×105/(8.31×T))×28.8×10－3であるから、両式から温度 T を算出すると、T＝490.38K＝217.4℃ となる。

※温度〔℃〕は気球内の上層部の温度
加熱時間〔秒〕

18300

〇２回の測定で違いがみられたところ
・温度上昇勾配や気球降下時の温度に違いが見られた。熱気球のパーツ１つ１つが手作
りなためか、そうした微妙な構造上の違いが影響したかもしれない。
〇共通しているところ
・この２回の実験ともに火力の低下により、温度が最高温度から低下し始めるタイミン
グで気球が降下した。上昇気流の力が関係しているかもしれない。

５．結論
・45L 熱気球では、取り付けたバネの伸びが見られず、ほぼ加速度を生じていないことがわかった。バネを取り外すとほぼ等速で上昇した。これは、気球にはたらく浮力と重力がつり合った状態で上昇しているためと考えられる。
・熱気球を大型化すると、バネの伸びが大きく見られ、加速度を生じることがわかった。
・今回の実験データが浮上条件式に当てはまらなかったため、先述のように他の浮上要因があるのではないかと考える。または、試行回数が不十分なのか、気球の体積が正しくなかったことが考えられる。
・気球が上昇し始めるまでには相当な熱量が必要であることがわかった(3)実験Ⅱの結果と考察
・大型熱気球を用いた実験では、ばねの伸びが大きく加速度の発生が確認されたため、気球上昇時の加速度の測定を試みたが、記録タイマー用のテープとタイマー本体との摩擦が大きく、気球が上昇しなくなり、加速度の測定はできなかった。
・試行回数２回
・気球浮上時のばねの伸び x＝11.2cm
・ばね定数 k＝4.1N/m
・気球全体の質量 m＝84.5g (84.5×10-3kg)
燃料のイソプロピルアルコール 8mL（0.12mol）の燃焼熱と測定した燃焼時間から単位時間あたりの発熱量を算出すると、1.16〔kJ/s〕となる。本実験では燃料を燃焼させる
バーナーを４つ使用したため、大型熱気球が高さ 1.00m 上昇するまでに発生した熱量 Q
は、気球がその高さまで浮上するのにかかる
時間が 30 秒であったことから、
Q＝1.16〔kJ／s〕× 4 × 30s ＝ 139.2kJとなる。
一方、この間に２本のばねに蓄えられた弾性エネルギーと、気球上昇による位置エネル
ギーの総和 W は、
W＝2×(1/2)kx2 + mgh＝2×(1/2)×4.1×(11.2×10-2)2＋84.5×10-3×9.8×1.00＝0.833Jとなる。よって、この大型熱気球の熱効率はW／Q＝5.98×10－6となり、大変小さな値が得られる。これは、気球が上昇するまでに相当の熱量が費やされていることが考えられる。
また２本のばねの伸びから、上昇する気球がばねを引く力 F は
F＝2×kx＝2×4.1〔N/m〕×11.2×10－2〔m〕＝91.8＝0.92〔N〕＝0.094〔kgW〕となり、あと 94g の質量の物体を気球に搭載できることがわかった。

６ 今後の課題
・実際の気球内の温度は均一ではないため、気球内のエリアを細かく分割しての温度測定が必要と考えられる。その観点からの研究を深める。
・理論値と実験値が近づく考察を深める。
・試行回数をもっと増やし、さらなる解析をしていく。
・今回の実験で気球を大型化することで、搭
載質量の余力が生まれることがわかった。
つまり、気球大型化により Web カメラ搭載
も夢ではなく、更なる大型化を目指す価値がある。
・安全性に関する素材や、他の燃料での実験ができなかったので気球の素材についても追究したい。
７．謝辞
本研究にあたり、布施先生から実験内容について多大なご助言をいただきました。また
本校理科の先生方には物品の貸し出しや薬品の購入の協力、ご助言等いただきました。心から厚くお礼申し上げます。
８．参考文献新生出版 いきいきわくわく物理実験
愛知・岐阜物理サークル［編著］

19

シャボン玉の割れにくい条件
新潟県立柏崎高等学校３年 木村 将也 関沢 秀輔
要旨
私達は、シャボン玉が割れるまでの時間と温度との関係について研究した。自作の実験装置を用いて、シャボン玉を作ってから割れるまでに要した時間を記録しグラフにまとめた。結果として、割れるまでの時間と温度には相関関係があることが分かった。また、それには表面張力が関わっていると考えた。
Abstract
We researched time and relations with the temperature before soap bubbles being broken. I
recorded the time when I needed it before it was broken after making soap bubbles and, using
one's own experimental device, gathered it up to a graph. As a result, it turned out that it wascorrelative to time and temperature before being broken. In addition, I thought that surface
tension affected it.
１．はじめに(1)研究の動機
幼いころから、すぐに割れるシャボン玉となかなか割れないシャボン玉の違いに興味があった。そこで本研究をしようと考えた。シャボン玉が割れるまでの時間に関係する要因
は、シャボン液の洗剤の濃度が 50％以上になると他の要因が関係するという先行研究がある。そこで私たちは、その要因が温度によるものだと考え、シャボン玉と温度との関係について調べた。

「シャボン玉製造装置」
・シリコンチューブ・シャボン玉用ストロー・注射器（プラスチックシリンジ 60mL）・ビニールテープ・段ボール
先行研究を参考に上記の材料を使用して、製造装置(図１)を作った。
「シャボン液」
・水・洗剤（ライオン(株)チャーミーマイルド）
水と上記洗剤を１：２で混合させたものをシャボン液として使用した。

(2)先行研究よりシャボン液の濃度とシャボン玉の関係
シャボン玉が割れるまでに要する時間とシ
ャボン玉の膜の厚さには、相関関係があり、シャボン液の洗剤の濃度が 10％～50％の間では、洗剤の濃度が上がるにつれて膜の厚さが厚くなり、シャボン玉が割れるまでの時間も長くなることが示された。ただ、洗剤の濃度が 50％以上の時には膜の厚さではなく、他の要因が関係していると考えられる。
(3)目的
本研究では、「シャボン玉が割れるまでの時間と温度との関係」について調べた。そして、先行研究にもあるように洗剤の濃度が50％以上のとき、シャボン玉の割れる時間に関係する洗剤の濃度以外の要因を明らかにすることを目的にした。

図 1 シャボン玉製造装置

図 2 段ボール箱に設置(2)実験方法
自作のシャボン玉製造装置(図１)を使用してシャボン玉を作り、自然に割れるまでの時
間をタイマーで測定した。また、シャボン玉
内の空気の量を一定にするために、シャボン
玉用ストローと注射器をシリコンチューブと２．研究内容(1)使用器具・材料

20

ビニールテープでつなぎ、空気が漏れないよ
うにした。そして、注射器の空気量を 40mLに合わせて、実験室内の気温と気圧、シャボ
ン液の温度を測定の上、周囲の風がシャボン玉に影響しないように製造装置を段ボール箱
内に設置した(図２)。
温度とシャボン玉の存続時間の関係を調査するにあたり、加熱・冷却によりシャボン液の温度を大きく変えても、シャボン玉の膜はとても薄く、すぐに膜の温度は実験室内の気温と同じになってしまうため、シャボン液はに類似すると考えた。
加熱せずに、常温（気温と同温）のまま実験を行った。
３.実験結果(1)気温とシャボン玉の存続時間との関係
結果は図３、図４の通りになった。図４では、その気温におけるシャボン玉の存続時間を２回以上測定できなかったデータを除外した。
ばらつきが大きくなったが、全体としては
気温が上がると、割れるまでの時間が短くな
るような傾向があるように見えた。

図３

気温とシャボン玉の存続時間との関係

図４

測定２回以下のデータを除外

図５

表面張力と温度の関係(2)気圧とシャボン玉の存続時間との関係
気圧を測定した回数が少なかったため、規則性を見出すことができなかった。
４.考察
図３、図４より、シャボン玉が割れるまでの時間とシャボン液の温度には相関関係があると考えられる。この理由を考察した。
シャボン玉は、シャボン液の表面張力とシ
ャボン玉内の内圧による力がつり合っている状態で存在している。図５より、表面張力と温度には負の相関関係があることが分かる。
そのため、図４、図５から、シャボン液の温度が下がれば、表面張力が大きくなることによって、シャボン玉の膜が割れにくくなると考えた。
また、今回の実験では明らかにすることができなかったが、図５からわかるように、低温時の表面張力の上限と高温時の表面張力の下限（0〔kg/s2〕）があることから、低温時におけるシャボン玉の存続時間の上限および高温時のシャボン玉ができ得る上限の温度があるのではないかと考えた。

５．結論
今回の実験では、室内の気温のままで実験を行っていたので、温度変化が少なく、詳しい値を出すことができなかった。ただし、シャボン玉の存続時間と温度には相関関係があることがわかった。
また、表面張力と温度にも同じような関係があることから、シャボン玉は、シャボン液の濃度が 50％の以上の時、温度が高くなると表面張力が小さくなって割れやすくなり、温度が下がると表面張力が大きくなって割れにくくなるのではないかと考えた。
６．今後の課題
課題は大きく分けて３つある。１つ目は、前述の考察にもあるように、実験方法を工夫

21

し室内の温度を変化させて実験する温度の範
囲を広げることで、低温時のシャボン玉の存
続時間の上限およびシャボン玉ができ得る上限の温度の有無を明らかにすることである。
実験方法については、実験室内の温度、製造
装置内の空気の温度、シャボン液の温度の３点またはそれ以上の条件を変えて、シャボン
玉内部の温度を一定に保つことが必要である。
２つ目は、まだ仮説の段階だが、シャボン
玉に最も適する温度の有無を明らかにすること。３つ目は、今回の実験では取り組めなか
った気圧の大きさとシャボン玉の存続時間の関係の有無を明らかにすること。そして、さらに実験を重ねてデータの信ぴょう性を高めることで、シャボン玉の割れにくい条件を確立させていきたい。
７．謝辞
本研究にあたり，布施先生、長澤先生、土田先生から、実験内容などついて多大な御助言をいただきました。心から厚くお礼申し上げます。
８．参考文献(1)シャボン玉のパチンを徹底解析～割れる時間と膜圧の相関について～
URL:https://www.musashino-u.ac.jp/albums(2)シャボン玉の性質
URL:https://school.gifu-net.ed.jp/enahs/ssh/H29ssh/sc2/21734.pdf

22

柏崎の海の砂を使って色ガラスをつくれるか
新潟県立柏崎高等学校３年 内田貴亜来 小田嶋 優
小池 彩菜 佐藤 未来

要旨
化学の資料集に掲載されていた『砂から色ガラスをつくろう』というトピックを見て、柏崎の海岸の砂を使用してもガラスをつくることはできるのかと疑問に思い、研究を行った。
計５回の実験の結果、柏崎の海岸の砂、炭酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウムを使用し、ガスバーナーとガスボンベを併用して加熱した後、鉄板を使って急冷することによって透明度の高い緑色のガラスを作ることができた。
Abstract
Looking at the topic, “let’s make colored glass from sand.” published in a scientific article, wethought it would be possible to make glass from sand on the coast of Kashiwazaki.
Through five experiments, we can produce a transparent green glass using sand on the coaston Kashiwazaki, sodium carbonate and sodium borate. We heated sand with a gas burner anda gas cylinder and then cooled it with an iron plate.
１．研究の目的
私達は、化学の資料集に記載されていた砂からガラスを作る工程を見て、大変興味を持った。そこで、柏崎の海岸の砂を原料として、柏崎をモチーフにした特産の色ガラスが作れるのではないかと考え、研究を行った。

２． 研究の内容
先行研究の調査の結果、ガラスの原料として、砂・炭酸ナトリウム・四ホウ酸ナトリウム、もしくは、砂・炭酸ナトリウム・酸化鉛(Ⅱ)が用いられていることが分かった。
ガラスは、砂や岩石の主成分である二酸化ケイ素 SiO2 がアモルファス（非晶質）状態となった固体であり、SiO2 の融液を急冷することで得られる。ただし，二酸化ケイ素の融点は 1650℃と大変高く、この温度まで加熱することはかなり困難であるため、融点が低く、自身もガラス化が可能な塩基性酸化物の炭酸ナトリウムなどが添加される。
私達は原料の配合や温度、冷却方法など、どの条件が最もガラスになりやすいかを調べることにした。
３．研究方法実験Ⅰ(1) 原料・器具

原料：柏崎海岸の砂(1.5ｇ)，炭酸ナトリウム Na2CO3(7.0ｇ)，四ホウ酸ナトリウム Na2B4O7(4.0ｇ)
器具：乳鉢、るつぼ、電気炉(2) 実験方法①乳鉢に３種類の原料を入れてすりつぶす。

123

②るつぼに移し、電気炉で 1200℃で約 1 分加熱する。
③常温で、自然冷却させる。

(3)実験結果と考察
透明度の高い緑色のガラスができたが２週間後、赤褐色の液体状になった。これは、SiO2 ＋ Na2CO3 → Na2SiO3 ＋ CO2の反応により生成したケイ酸ナトリウムが空気中の水蒸気を吸収して水ガラス状になったものと考えられる。緑色から赤褐色に変色した理由としては、原料の砂に含まれていた砂鉄が緑色の鉄(Ⅱ)イオン
Fe2+となり、空気中の酸素により酸化されて、赤褐色の鉄(Ⅲ)イオン Fe3+になったためと考えられる。

実験Ⅱ
実験Ⅰの結果を受けて、鉄分による変色を防ぐため、砂を塩酸で洗って、砂鉄を可能な限り除去した。また、できたガラスが液状化するのを防ぐため、吸湿性の高い酸化カルシウムを添加し、その適当な添加量を調べた。
(1) 原料・器具
原料：砂(1.5ｇ)、Na2CO3(7.0ｇ)、Na2B4O7(4.0ｇ)
酸化カルシウム CaO(❶1.0ｇ❷2.0ｇ❸3.0ｇ)

器具：乳鉢、るつぼ、電気炉(2)実験方法①乳鉢に４種類の原料を入れてすりつぶす。
②るつぼに移し、電気炉で 1200℃で１分加熱する。
③常温で自然冷却させる。

(3)実験結果❶

結果

1 週間後の変化

水色のガラス状

ガラス状態ではなくなり、周りに炭酸カルシウムと思われる白い結晶がつき、緑白色の石灰岩状に変化した。

❷

黄緑色のガラス状

同上❸

ガラス状態にならず、光沢のある

光沢はなくなり、白い石灰岩状に変化した。

緑白色の大理石状になった。
❶

❸

❷

一週間後

2
24

(4)考察緑色は残存している Fe2+による着色と考えられる。また、石灰岩状に変化したのは、CaO ＋ CO2 → CaCO3の反応により、炭酸カルシウムが生じたためであり、酸化カルシウムは石灰岩化を招き、添加剤として不適当であることが分かった。また、先行研究の調査から、ガラス化のためには、充分な火力と急速冷却が重要であることが分かった。

実験Ⅲ
砂では砂鉄などの不純物が含まれるため、砂の代わりに純粋な二酸化ケイ素を用いたらどのよ
うな結果になるかを調べた。また、先行研究で多く用いられ、融点が低くガラス化しやすい酸化鉛(Ⅱ)を添加剤として使用した。

加熱・冷却方法についても、電気炉での加熱は時間がかかりすぎるため、ガスバーナーとマッフルを使用しての加熱に切り替え、さらに、急速冷却のために鉄板を使用した。
(1) 原料・器具
原料：二酸化ケイ素 SiO2（1.0g）、酸化鉛(Ⅱ)PbO（7.0g）、Na2B4O7(4.0g)
器具：乳鉢、るつぼ、マッフル、ガスバーナー、鉄板(2)実験方法①乳鉢に３種類の原料を入れてすりつぶす。
②るつぼに移し、ガスバーナーとマッフルを使用して加熱し、充分に融解させた。
③融液を鉄板上にすばやく流し、急冷した。

(3) 実験結果と考察
酸化鉛(Ⅱ)の影響により黄色に着色したが、透明度の高いガラスができた。これまでで最も簡単に良質のガラスを作ることができた。不純物のない二酸化ケイ素を使用したことで、透明度がより高くなったと考えられる。

実験Ⅳ
実験Ⅲの結果が良好であったので、原料を目標である柏崎海岸の砂に戻し、添加剤は酸化鉛(Ⅱ)
を用いて実験した。ただし、酸化鉛(Ⅱ)によりガラスが黄色に着色するため、黄色の補色である青
色の塩化コバルト(Ⅱ)を新たに加え、無色のガラスを目指した。
(1) 材料や器具
原料：砂(1.5g)、PbO(7.0g)、Na2B4O7(4.0g)、塩化コバルト CoCl2(0.3g)
器具：乳鉢、るつぼ、マッフル、ガスバーナー、鉄板(2) 実験方法①乳鉢に４種類の原料を入れてすりつぶす。
②るつぼに移し、ガスバーナーとマッフルを使用して加熱し、充分に融解させた。
③融液を鉄板上にすばやく流し、急冷する。

(3) 実験結果
無色のガラスにはならなかったが、褐色で透明度の高いガラスができた。砂は二酸化ケイ素以外にも砂鉄などの不純物が含まれており、不純物を完全除去することができないためであると考えら
れる。

3
25

(4) 考察
酸化鉛(Ⅱ)を添加することで、砂から簡単にガラスを作ることができることが分かった。これは酸化鉛(Ⅱ)が原料の融点を大きく低下させ、融液を作りやすいことによると考えられる。しかし、酸化鉛(Ⅱ)は毒性が強く、安全性に問題があるので、私達は酸化鉛(Ⅱ)を使用しないガラスを目指したいと考えた。そこで、実験Ⅰと同じ原料を用いて、実験Ⅰよりも高温で充分に加熱した融液を急冷することで良質のガラスになるのではないかと考えた。

実験Ⅴ
実験Ⅳでの考察を受けて、実験Ⅰと同じ原料で再挑戦することとしたが、ガスバーナーや本校の電気炉（1200℃が上限）では、二酸化ケイ素の融点（1650℃）よりも低い温度しか得られず、安定なガラス状態を得るための火力が不足することが考えられたため、ガスバーナーと火力の大きな工業用ガスボンベ（最大火炎温度 1600℃）を併用することとした。
(1) 原料・器具
材料：砂(❶1,0g❷5,0g)、Na2CO3(7.0ｇ)、Na2B4O7(4.0ｇ)、
器具：乳鉢、るつぼ、マッフル、ガスバーナー、工業用ガスボンベ、鉄板(2)実験方法①乳鉢に４つの物質を入れてすりつぶす②るつぼに移し、下からガスバーナー、上から工業用ガスボンベで加熱する。
③融液を鉄板上にすばやく流し、上からもう 1 枚の鉄板ではさんで全体を急冷させた。

(4) 実験結果
砂が 1.0ｇの時、塩基性酸化物に対する砂の割合が少なく、実験から一週間後にはガラスの透明度が全くなくなってしまったので、砂の量を 5.0ｇにして再度実験をした。その結果、緑色の透明度の高いガラスを作ることができ、それは一週間後も変わらなかった。
加熱後

１週間後

❶

薄い水色で透明度のあるガラス

表面を白い物質が覆う、透明度のない物質❷

緑色の透明度の高いガラス

加熱後と変わらない、透明度の高いガラス

❶

❷

一週間後

4
26

(5) 考察
柏崎海岸の砂、炭酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウムを原料に、充分な火力（最大火炎温度 1600℃）で加熱することで、砂から簡単にガラスを作ることができることが分かった。

４．結論と課題
実験Ⅰ～Ⅴの結果より、砂 5.0g、炭酸ナトリウム 4.0g、四ホウ酸ナトリウム 7.0g を原料に、充分な火力（最大火炎温度 1600℃）で加熱することで、砂から安定なガラスを生成できることが分かった。

ただし、今回は融液を２枚の鉄板ではさんで急冷させる方法で行ったが、割れやすいガラスとなった。ガラスメーカーに問い合わせたところ、冷却をゆっくり行うと割れにくいガラスができるとのことであった。今後は，冷却方法について検討していきたい。
５．謝辞
本研究にあたり、吉樂先生から実験内容について多大な御助言をいただきました。また、本校
化学科、生物科、物理科の先生方には多大な御指導・御協力をいただきました。心から厚くお礼申し上げます。
６．参考文献・スクエア

最新図解化学第一学習社

・ガラス工芸広場～ガラス原料あれこれ

http://www.glass-kougeihiroba.jp/arekore/
・ガラスの博物館～ガラスの素材

http://contest.japias.jp/tqj19/190244/material.html
・学研キッズネット～ガラスは何からできているの？

https://kids.gakken.co.jp/kagaku/kagaku110/science0423/

527

庭のキノコの繁殖を簡単に防ぐには？
新潟県立柏崎高等学校３年 山崎 泰喜
要旨
食用キノコの菌糸の繁殖を抑える方法について研究した。菌糸の発達のし易さは種によって異なる。菌糸の繁殖を抑えるために、塩酸、酢酸、水酸化ナトリウム、重層、中性洗剤、石鹸、グ
ルコース、ペプトン、米ぬかの懸濁液を加え、生育の差を調べた。

I studied the control of hyphal growth using eating mushrooms. Various species have different easeof development. In order to control the growth of hyphae, experiments using suspensions ofhydrochloric acid, acetic acid, sodium hydroxide, stratification, neutral detergent, soap, glucose,
peptone, and rice bran were conducted as conditions to control the growth

１．研究目的(1)動機
今年度は、自宅の庭にキノコが生えたという内容が SNS に多く投稿されたことが話題になった。放置しても基本的に問題はないが、ガーデニングなどを行う際、キノコが生えることを嫌う人たちもいる。なので、自宅にあるもので、簡単にキノコの繁殖を防ぐ方法を調べたいと考えた。
(2)先行研究より
サケツバタケは生育の過程で有機酸を放出することで、培地を酸性条件へと変えると考えられている（図１）。

(2)使用したキノコ
マイタケ、エノキ、ヒラタケ(3)実験方法① 脱イオン水 1L に組織培養用寒天 8g を加え、500mL 容フラスコに分注した。
② オートクレーブで①を 120℃で加圧殺菌した後、滅菌シャーレに分注した。シャーレ紫外線照射で殺菌を行ったクリーンベンチ内に保管した。
③ 寒天培地が固まったら、キノコの生育に与える影響を調べたいもの（(1)で挙げたもの）を加え、そこに各種キノコの子実体を 0.1g 切り出したものを置いた。
④ 恒温機に③のシャーレを入れ、30℃で維持した（組織分離法）。菌糸の広がりを１日ごとに写真に撮り、記録した。
⑤シャーレ（10 ㎝×10 ㎝）のプレートにあわせて④の画像を切り取った（図２）。
⑥キノコと菌糸の部分を画像解析ソフトで塗りつぶし、その面積を数値化することで、菌糸の広がりを評価した（図３）。

図１ キノコの生育
土壌の pH を酸性、またはアルカリ性に大きく偏らせることで、キノコの生育に影響を与えることができるのでないかと考えられた。
(3)目的
自宅にあるもので、簡単にキノコの繁殖を防ぐ方法を調べる。
２．研究内容(1)使用した薬品、器具
組織培養用寒天、塩酸、酢酸、水酸化ナト
リウム、重層、中性洗剤、石鹸、グルコー
ス、ペプトン、米ぬかの懸濁液。フラスコ
10mL 容、200mL 容、500mL 容、2L 容、オート
クレーブ、シャーレ、クリーンベンチ

図２

28

解析前

図３解析後

３．研究結果(1)水を加えた培地(3)中性洗剤を加えた培地
中性洗剤は 1 回目、2 回目共に菌糸の成長をふせぐことができた。ヒラタケは対照実験と比べて最大で 3%防ぐ結果となった。

予備実験として水を加えた培地では、ヒラタケのみが成長した。１回目、２回目とも日数が増加していく事によって菌糸の面積は減少していく結果となった。

(2)pH をコントロールした実験①酸を加えた培地
塩酸も酢酸も、ともに菌糸の成長を抑える結果となった。

②塩基を加えた培地
酸を加えた時よりも菌糸の成長を抑えることができた。水酸化ナトリウムを加えると、キノ
コは全く成長しない結果となった。

４．考察
まず、培地に酢酸や重曹を加えたとき、ヒラタケのみが成長したことから、菌糸の発達のし易さは種によって異なること分かった。
また、ペプトンやグルコースを与えなくてもヒラタケが成長したことから、栄養素のほとん
ど含まれない条件でも菌糸を発達させる種もあ29

ることが分かった。したがって、どのような場
所でも、湿り気さえあれば、キノコが生じる可能性があると考える。
一方、水酸化ナトリウムを培地に加えた場合
はすべてのキノコで菌糸の発達を抑えることができた。しかし、水酸化ナトリウムは危険物であり、容易に手に入るものではない。また、水
酸化ナトリウムを地面に撒くことで、キノコだ
けでなく、園芸用の植物等にまで影響が及ぶ可能性がある。したがって、キノコの繁殖防止に
水酸化ナトリウムを用いるのは実用的ではないと考える。

５.今後の課題
野生のキノコを用いたデータも取り、繁殖を抑える条件をより詳しく調べていく。
当初はキノコの胞子を採取し、発芽率を求めて評価する方法を検討していた。なので、これについても、適切な方法を確立していきたい。
６.謝辞
本研究を行うにあたり、磯野先生から多大な御助言をいただきました。また、生物科の先生方から多大な御指導・御協力をいただきました。心から厚くお礼申し上げます。
７.参考文献・野生きのこ人工栽培技術の確立
https://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/2010
773293
古川成治, 青砥裕輝, 武井利之「野生きのこ人
工栽培技術の確立 サケツバタケ人工栽培試験」（国庫課題 平成 15～19 年度）
・岐阜県森林研究所
https://www.forest.rd.pref.gifu.lg.jp/rd/rinsan/0109gr.html

30

アフリカナガバモウセンゴケにおける栄養素による生育の比較
新潟県立柏崎高等学校３年

丸山

桃花

川

日菜

要旨
私たちはモウセンゴケにどのような栄養素を与えると生育が良くなるのかを研究した。
モウセンゴケが捕まえる虫に含まれる主な５つの栄養素、また肥料に含まれる栄養素である窒素、リン酸、カリウムに分けて、モウセンゴケに与えた。その結果、虫に多く含まれるリン化合物を消化開始のシグナルにしている可能性が示唆された。

Abstract
We studied what kind of nutrients to give to Drosera to improve its growth.The five main nutrientscontained in the insects trapped by Drosera, as well as the nutrients contained in the fertilizer,
namely, nitrogen, phosphoric acid, and potassium, were divided and fed to Drosera. As a result, it
was suggested that phosphorus compounds, which are abundant in insects, may be used as signals
to initiate digestion.

１．研究目的
アフリカナガバモウセンゴケを家庭で育てる際に、虫の代わりに身近にある栄養素を用いて自分たちで育てる方法を知りたいため。

２．研究内容(1) 材料や器具
材料

モウセンゴケ ペットボトル

器具

計量器 薬包紙 キムタオル はさみ

試薬

実験Ⅰ

消石灰，大豆，米ぬか，ココア，青のり

実験Ⅱ

市販の肥料「窒素」，「リン酸」，「カリウム」(2) 実験方法
実験Ⅰ
1)

モウセンゴケが捕まえる「ハエ」や「ガ」に含まれている主な５つの栄養素であるカルシ

ウム、タンパク質、リン、銅、鉄分、何も与えないモウセンゴケの６組に分類し、栄養素による生育の違いを調べる。
2)1)の５つの栄養素を補給する材料として、消石灰（カルシウム），大豆（タンパク質），米

ぬか（リン），ココア（銅），青のり（鉄分）を用いる。
3)

栄養素は実験開始日に一度だけ与えることとする。

4)

生育の違いを調べる際、伸長成長のみを調べた場合、細く伸びてしまう場合と太く伸びた31

場合で結果が変わってしまう。長さを図る方法は正しい結果が得られないと判断したため、生育の違いの差がもっともわかる重量を用いて測定することにした。
5)

何度も土壌からモウセンゴケを抜くとなると根に負担がかかってしまうためペットボトルを用いた水耕栽培で生育することとする（図１）。

また、栄養素による生育の差を調べたいため、水耕栽培中の水には肥料を入れず、栄養素はモウセンゴケの葉にのみ与える（図２）。
6)すべてのモウセンゴケを日の当たる窓際において、生育させた。

図１

7)モウセンゴケが生育後、１回目の質量測定（表１）を９月１５日～１０

月５日に、２回目の質量測定（表２）を１０月２１日～１１月９日に行った。
8)

水耕栽培で用いているペットボトルからモウセンゴケを傷つけないよう

に抜く。
9)

キムタオルを使い、モウセンゴケの水分をしっかりふき取る。

図２10) 計量器でモウセンゴケの質量を小数第２位まで量る。
実験ⅡＡ

市販されている「窒素」「リン酸」「カリウム」をモウセンゴケの葉に直接つける。

Ｂ1)の「窒素」「リン酸」「カリウム」を水に溶かして 10ｇ/Ｌ、12ｇ/Ｌ、８ｇ/Ｌの濃度に調製し、それを一辺５ｍｍに切ったろ紙にしみこませ、モウセンゴケの葉の先につける。

３．実験結果実験Ⅰ・全体的に初日と比べると重さは増加していた。
・ココア、大豆をつけたモウセンゴケは丸まり、米ぬかは少し丸まった。
・消石灰は全く丸まらなかった。
・「青のり」「米ぬか」「なし」の成長率が上位３つを占めていた。

表１

１回目の結果

表２ ２回目の結果

初 日（ｇ） 最終日（ｇ） 成長率（％）

順位

初 日（ｇ） 最終日（ｇ）

成長率（％）

順位

青のり

1.41

2.34

39.8

2

青のり

2.30

4.07

43.6

2

米ぬか

1.20

2.04

41.2

1

米ぬか

1.91

3.24

41.1

3

大豆

1.99

2.55

22.2

6

大豆

2.25

3.18

29.3

6

ココア

3.14

4.37

28.1

5

ココア

3.85

5.91

34.9

5

消石灰

1.70

1.89

31.6

4

消石灰

1.92

3.21

40.2

4

なし

0.47

0.76

38.4

3

なし

0.76

1.54

51.0

1

実験Ⅱ
・Ａでは肥料の濃度が強すぎたのか、リン以外は枯れてしまった。
・Ｂでは、窒素、カリウムには目立った反応は見られなかったが、リン酸には虫と同様の反応が見
られた。

32

実験ⅡＡ

窒 素

リン酸

カリウム

枯れてしまった。

表を内側にして丸まる。

枯れてしまった。

窒 素

リン酸

カリウム

反応なし。

表を内側にして丸まる。

反応なし。

実験ⅡＢ

４．考察
実験Ⅰについて「米ぬか」の栄養素「リン」は虫の栄養素と一致する。したがって仮説は正しかったと言える。「なし」が成長率が高かった理由としては、葉に栄養素をつける実験だったため光合成を阻害し、結果として栄養素を何もつけなかったモウセンゴケの成長率が大きくなったのではないかと考えられる。また、モウセンゴケの反応があった「ココア」「大豆」は栄養素を消化しようとしてその分自身のエネルギーを消費したため成長率が低かったのではないか。

実験Ⅱについてモウセンゴケに昆虫を与えると、昆虫に巻きつくように葉を丸めることから、同様の反応が見られたリン酸を栄養素として認識していたと考えられる。一方、窒素やカリウムに対しては、そのような反応が見られなかったため、モウセンゴケは葉に付着したリン化合物を消化開始のシグナルにしている可能性が示唆された。

５．今後の課題
・

実験Ⅰでは大まかな順位は変わらなかったものの、結果に多少のばらつきがあった。実験に用いるモウセンゴケの数を増やし、実験を行うことが必要。

・ 光合成を阻害した可能性があった。モウセンゴケの葉に栄養素をつける面積を小さくし、葉を覆わないようにする。
・ 実験Ⅰにおいて、『青のり』の成長率が大きくなった。『リン』『なし』とは異なり、明確な原因が分からないため、なぜ『青のり』の成長率が高いのか、モウセンゴケとどのような関係性があるのかを調べる必要がある。

33

・ モウセンゴケは葉に付着したリン化合物を消化開始のシグナルにしている可能性がある。リン化合物がどのように作用するのか、調べる方法を検討する必要がある。
・ 実験Ⅱにおいて、本来は根に与える肥料の比を用いて実験を行ったため、
『窒素』
『リン酸』
『カリ
ウム』の葉にとっての適切な肥料の濃度が分からなかった。様々な濃度で実験をする必要がある。

６．謝辞
本研究にあたり、森山先生から、実験内容について多大な御助言をいただきました。また、本校化学科、生物科、物理科の先生方には多大なご指導・ご協力をいただきました。心から厚く御礼申し上げます。

７．参考文献公益崎財団法人 日本豆類協会 豆の栄養成分表〈https://www.mame.or.jp/eiyou/seibun.html#dnn_ContentPane〉
内山昭一 FABLE 虫食通信

昆虫の栄養〈http://insectcuisine.jp/old_contents/theory/eiyo/eiyo.html〉
簡単！栄養 and カロリー計算 可食部 100g 当たりの栄養成分 ピュアココアの栄養成分〈https://www.eiyoukeisan.com/foods/view_popup/605〉
Think Think_diary (2020 年) 【食虫植物】水耕栽培ができる品種とできない品種〈https://www.think-diary.com/entry/blog-111〉
カロリーSlism カロリー計算 海藻 青海苔〈https://calorie.slism.jp/109002/〉
お米マイスター全国ネットワーク うき！うき！米ぬか生活 こんなにすごい！米ぬかのチカラ〈http://www.okome-maistar.net/introduce.html〉
成長率を計算する方法〈https://www.wikihow.jp/%E6%88%90%E9%95%B7%E7%8E%87%E3%82%92%E8%A8%88%E7%AE%97%E3%81%99%E3%82%8B〉
京都けえ園芸企画者(けえ企画) ヤサシイエンゲイ モウセンゴケの育て方〈http://www.yasashi.info/mo_00001g.htm〉
御殿場農業組合 JA 御殿場

肥料の計算方法について〈http://www.ja-shizuoka.or.jp/gotemba/kateisaien_hiryou.html〉

34

藻類から紙をつくってみよう！
新潟県立柏崎高等学校３年

新井なつみ
山田 美空

要旨
私たちは藻類であるアオミドロから紙を作ることについて研究を行った。今回の研究では、アオミドロをミキサーで細かくしたり加熱したり漂白剤や洗濯のりを加えた
りして、アオミドロを紙に近づけるための条件を調べた。私たちの研究では、アオミ
ドロをミキサーにかけ加熱し、漂白剤を混ぜて乾燥させることによって紙に近づけることができた。
Abstract
We researched how to make paper from spirogyra. In this research, spirogyra
was used mixer, boiled, and added bleacher or laundry starch to be closed to paper.
“We used mixer and boiled spirogyra and mix bleacher and expose to sun” This isthe best way to make paper from spirogyra.
１

研究目的
アオミドロの有効利用法を考えていたところ、苔で作られる苔紙というものを知った。そこで、アオミドロでも紙が作れるのではないかと考え、研究の目的とした。
２

研究内容(１) 材料・器具
材料：アオミドロ，漂白剤，洗濯のり，水器具：ミキサー，割り箸，製紙キットの型と網，新聞紙，おもし(２) 実験方法① アオミドロをはじめとする藻類を採取する② ごみを取り除く③ 枠に薄く広げ、重しを置き、新聞紙などに吸収させる④ 日光に当てて乾燥させる
この手順をベースとし、②，③の間で試料をミキサーにかけて細かくしたり，漂白剤などを混ぜたりして普段使用しているような紙に近づけることを目指した。

35

３

実験結果

１回目 ミキサーにかけない
図１のように紙状にはなったものの、厚くて脆い。日光に当たった
面だけ色が抜けた。
図１

２回目 ミキサーにかける
１回目より薄く広げられたが、強度に欠ける（図２）。
３回目 漂白剤、洗濯のりを混ぜ、ミキサーにかける

図２

今までよりしっかりと色が抜けたが、うまく固まらずぼろぼろになった（図３）。
４回目 漂白剤を増量し、ミキサーにかける

図３

色は抜けなかったが、強度が一気に増した（図４）。
５回目 煮たアオミドロをミキサーにかける
乾燥させる前の時点で色が抜け、強度も今までで一番強かった。

図４

（図５）

図５

４．考察
藻類が紙状に固まるためには、藻類が柔らかく、繊維状で絡み合う必要がある。
アオミドロで作った紙が簡単にちぎれないのは、繊維状の生物であるため、アオミド
ロどうしが絡んでいたからだということが顕微鏡観察でわかった。アナアオサ(Ulva

Linnaeus)という海に生息する藻類を用いての実験も行ったが、アオミドロのように柔らかい繊維状でなかったため、アナアオサ同士が絡み合わず、うまく固まらなかった。ミキサーにかけることでアオミドロがより細かくなり、薄く広がるようになり紙に近づいた。白い紙を得るために漂白剤を入れたが、思ったほど色は抜けなかった。
しかし予想外に、紙の強度が増した。漂白剤の何らかの成分によってアオミドロの性質が変化したと考えた。加熱でも同じような効果が得られるのではと考え加熱したところ、予想通り紙の強度が増した。洗濯のりは固まりやすくするために入れたが、意味がなかった。日光に当たった面だけ色が抜けたのは、葉緑体の構成成分の 7 割が水であり、その水がしっかりと抜けて葉緑体が破壊されたからだと考えられる。

36

生きているアオミドロ(図６)と薄く広げて乾燥させたアオミド
ロ(図７)の顕微鏡写真
乾燥させたものは、葉緑体の色が抜けたため白い。
図６

図７

５．今後の課題
これから調べていきたいこととして、・漂白剤を混ぜたり、アオミドロを煮たりすることで紙の強度が増した理由を調べる・完成した紙の使用方法
・利用法として自然に還る紙食器などを考えたが、強度とともに衛生面が重要である
ため、紙の衛生面について調べる
等が挙げられる。
６．謝辞
本研究にあたり、増井先生をはじめ、多数の先生から実験内容について多大なご助言をいただきました。また、本校化学科、生物科、物理科の先生方には多大なご指導・ご協力をいただきました。心から厚く御礼申し上げます。
７．参考文献
窒素過多公園池の適正管理（２）アオミドロの増殖特性の解明と有効利用法の考案
http://library.jsce.or.jp/jsce/open/00061/2011/38-07-0014.pdf
啓林館 光エネルギーの吸収
http://keirinkan.com/kori/kori_biology/kori_biology_2/contents/bi-2/1-bu/1-3-1.htm
雑草で紙を作ろう
https://museum.bunmori.tokushima.jp/ogawa/kami/kami01.htm

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