水圧と浮力を深さや体積に結び付ける
七つの架空の観察や測定から、水圧の向き、深さ、水中に入った体積、浮力と力のつり合いを考える14問と六つの記述課題です。
学年・内容の目安 中学校第3学年「理科」：水圧と浮力。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
中学校理科第1分野(5)ア(ア)㋐「水中の物体に働く力」の、水圧と浮力の定性的な関係を考える補助教材です。
解説を読む
静かな水の中では、水面から深くなるほど水圧が大きくなり、水に接した面は水の側から押されます。水の中の物体全体が受ける上向きの力を浮力といいます。一か所の水圧と物体全体に働く浮力を分けて考えましょう。
必要な予備知識
力の向き、静止した物体の力のつり合い、ばねばかりの読みを使います。
- 深さは水面から下向きに測る。同じ水の同じ深さでは、水圧は同じ。
- 水は接している面を押すので、下面も側面も水圧を受ける。
- 同じ水の中で、水中に入った物体の体積が大きいほど浮力は大きい。
- 静止してつるした物体では、空気中と水中のばねばかりの読みの差で浮力を見積もる。
解き方の例
空気中の読みが5 N、水に沈めて静止させたときの読みが3 Nなら、水から物体に働く浮力はおよそ2 Nです。空気中の浮力は無視します。
よくある間違い
- 水圧は上からだけ働くと考える。
- 同じ物体を全体が水中にあるまま深くすると、浮力も水圧と同じように増すと考える。
- 浮いた物体には重力が働かなくなったと考える。
観察と考え方を講師と確かめる
選択では深さ、体積、力の向きと読みを確認します。記述ではどの条件をそろえたかを明示し、比較の根拠を講師と確かめます。
静かな水と、形や体積が変わらない物体を扱います。水の密度の変化、空気中の浮力、表面張力や流れの影響は考えません。
読む文章・資料
ゴム膜が押される向き
水槽で、空気の入った筒の口を同じゴム膜でふさいで観察します。筒の口を横向きにして同じ水の深さ5 cmと15 cmで比べると、15 cmの方が膜が筒の内側へ大きくへこみました。口を下向きにしても膜は筒の内側へへこみました。
同じ物体を深くする
変形しないおもりをばねばかりにつるします。空気中の読みは7 Nです。同じ水槽の浅い位置と深い位置で、どちらも全体を水に沈めて静止させます。底や壁には触れません。浅い位置でばねばかりは5 Nを示しました。
少し入れる、全部入れる
同じ直方体をばねばかりでつるし、同じ水槽で静止させて測ります。空気中は6 N、体積の半分を水中に入れたときは5 N、全体を入れたときは4 Nでした。容器には触れていません。
重さが同じ二つのおもり
おもりAとBは空気中でどちらも8 Nです。Bの体積はAより大きく、同じ水槽にそれぞれ全体を沈め、ばねばかりの糸が張ったまま、容器に触れずに静止させます。
水面に浮いた容器
ふたの閉まった容器が、同じ水槽で一部を水面の上に出して静かに浮いています。底や壁に触れておらず、ひもも付いていません。容器に働く重力の大きさは3 Nです。
上面と下面が押される
直方体が、水平で面積が等しい上面と下面を保ったまま静かな水に完全に沈んでいます。側面は垂直です。上面は水面下10 cm、下面は水面下20 cmにあります。
容器の広さを変える
上部が空気に開いた細い水槽と広い水槽があります。同じ水を入れ、どちらも水面から底までの深さは25 cmです。両方の水槽の側面で、水面下10 cmの点の水圧を比べます。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：ゴム膜が押される向き
口を横向きにしたとき、水圧が大きいのはどちらですか。
- 深さ5 cm
- 深さ15 cm
- どちらも等しい
答えと解説
深さ15 cm
同じ水の中では深い方が水圧は大きく、ゴム膜もより大きくへこんでいます。
資料：ゴム膜が押される向き
口を下向きにした記録から分かることはどれですか。
- 下側の水も、膜を上向きに押す。
- 下向きの口では、水が膜を下向きに引く。
- 水圧の向きは横で、下向きの膜には力がかからない。
答えと解説
下側の水も、膜を上向きに押す。
口が下向きのとき、筒の内側へへこむ向きは上です。
資料：同じ物体を深くする
浅い位置でのおもりに働く浮力は何Nですか。
- 5 N
- 7 N
- 2 N
答えと解説
2 N
静止した状態で、空気中の7 Nと水中の5 Nの差を取ります。
資料：同じ物体を深くする
深い位置での浮力を、浅い位置と比べるとどうなりますか。
- 大きくなる。
- 等しい。
- 小さくなる。
答えと解説
等しい。
同じ水の中で、形と水中に入った体積が同じです。深さによって各面の水圧が増えても、浮力は同じです。
資料：少し入れる、全部入れる
全体を水中に入れたときの浮力はどれですか。
- 1 N
- 4 N
- 2 N
答えと解説
2 N
空気中6 Nと、全体を入れたときの4 Nの差です。
資料：少し入れる、全部入れる
半分を水中に入れたときから、全体を入れたときへの変化はどれですか。
- 浮力は1 Nから2 Nになった。
- 浮力は5 Nから4 Nになった。
- 浮力は2 Nから1 Nになった。
答えと解説
浮力は1 Nから2 Nになった。
どちらの浮力も、空気中の読み6 Nから水中の読みを引いて比べます。
資料：重さが同じ二つのおもり
水中で浮力が大きいのはどちらですか。
- B
- A
- AとBは等しい
答えと解説
B
同じ水で全体が水中にあるので、体積が大きいBが押しのける水の体積が大きくなります。
資料：重さが同じ二つのおもり
水中で、ばねばかりの読みが小さいのはどちらですか。
- A
- AとBは等しい
- B
答えと解説
B
空気中の読みは同じで、浮力が大きいBの方が、ばねばかりが支える力は小さくなります。
資料：水面に浮いた容器
水が容器に及ぼす浮力はどれですか。
- 下向きに3 N
- 上向きに3 N
- 上向きに6 N
答えと解説
上向きに3 N
静かに浮いた容器の上向きの浮力は、下向きの3 Nの重力とつり合います。
資料：水面に浮いた容器
浮いて静止している容器について、合っている説明はどれですか。
- 容器に働く重力は水に入ると消える。
- 浮力と重力がつり合い、上下方向の合力がゼロになる。
- 浮力が重力より大きいが、水面が上向きの運動を止める。
答えと解説
浮力と重力がつり合い、上下方向の合力がゼロになる。
反対向きで同じ大きさの二つの力が働くので、合力はゼロです。
資料：上面と下面が押される
下面を押す力の向きと大きさを、上面を押す力と比べるとどうなりますか。
- 下向きで、上面を押す力より大きい。
- 上向きで、上面を押す力より小さい。
- 上向きで、上面を押す力より大きい。
答えと解説
上向きで、上面を押す力より大きい。
水は下面を下側から押します。下面の方が深く、二つの面積は等しいので、下面の方が受ける力は大きいです。
資料：上面と下面が押される
この直方体が受ける浮力を説明するのはどれですか。
- 下面と上面を押す力の差が上向きに残る。
- 上下の面を押す力を足した分が上向きに働く。
- 側面に働く横向きの力が足し合わされて上向きになる。
答えと解説
下面と上面を押す力の差が上向きに残る。
上面を押す力は下向きで、下面を押す力は上向きです。側面の力には上下方向の成分がありません。
資料：容器の広さを変える
比べた二点の水圧はどうなりますか。
- 広い水槽の方が大きい。
- 細い水槽の方が大きい。
- 二点の水圧は等しい。
答えと解説
二点の水圧は等しい。
同じ水で、水面から測った深さがどちらも10 cmです。
資料：容器の広さを変える
この比較でそろっている、水圧を考えるための条件はどれですか。
- 水槽の横幅と、全体に入れた水の量。
- 水の種類と、比べた点の水面からの深さ。
- 水槽の底の面積と、側面全体にかかる力。
答えと解説
水の種類と、比べた点の水面からの深さ。
静かな同じ水で同じ深さの点を比べます。水槽全体の広さや水の量は水圧の比較に使いません。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：ゴム膜が押される向き
口を横向きにした記録と下向きにした記録を使い、水圧の大きさと向きを説明しましょう。
答えと解説
横向きでは15 cmの方が5 cmよりへこみが大きく、深い方が水圧は大きいと分かります。下向きの口でも膜が内側、つまり上にへこんだので、水は膜を下から上へも押します。
膜がへこんだ向きと、水が膜を押す向きをつなぎます。
- 同じ横向きで、15 cmの方が5 cmより膜のへこみが大きく、水圧が大きいと示す。
- 下向きの口では内側が上なので、水が膜を上向きにも押すと示す。
資料：同じ物体を深くする
浅い位置での浮力を求め、深い位置での読みがどうなるか理由を付けて予想しましょう。
答えと解説
浅い位置で浮力は7−5＝2 Nです。深くしても水中に入った体積は全体のままで、水も同じなので、浮力は約2 N、ばねばかりの読みは約5 Nと予想します。
深い位置の読みは、測定記録でなく予想です。
- 浅い位置の浮力は、7 Nと5 Nの差の2 Nと求める。
- 同じ水に全体が入ったままなので、深くしても浮力は約2 N、ばねばかりは約5 Nと予想する。
資料：少し入れる、全部入れる
半分と全部を水中に入れたときの浮力を求め、差を水中に入った体積と結び付けましょう。
答えと解説
半分のときは6−5＝1 N、全体のときは6−4＝2 Nです。同じ水で水中に入った体積が二倍になり、この記録では浮力も二倍になっています。
水中の読みだけを浮力としません。
- 空気中の読みから水中の読みを引き、半分で1 N、全体で2 Nと求める。
- 同じ水では、水に入った体積が二倍になったとき浮力も二倍になったと示す。
資料：重さが同じ二つのおもり
水中でAとBの浮力とばねばかりの読みを比べ、どちらが大きいか理由を説明しましょう。
答えと解説
Bの方が水中に入った体積が大きいので、浮力はBの方が大きいです。空気中では両方とも8 Nで、Bはより大きな浮力で支えられるため、水中でばねばかりが支える力はAの方が大きいです。
同じ重さでも、水中でばねばかりが支える力は同じとは限りません。
- Bは水に入った体積が大きく、浮力も大きいと示す。
- 空気中の重さは両方8 Nで、Bの浮力が大きい分、水中のばねばかりの読みはAが大きいと示す。
資料：水面に浮いた容器
浮いて静止する容器に働く二つの力を、向きと大きさを含めて説明しましょう。
答えと解説
重力は下向きに3 Nです。水から受ける浮力は上向きに3 Nで、重力と大きさが等しく反対向きなので、上下の力がつり合っています。
ひもや底からの支えはありません。
- 重力は下向き3 N、浮力は上向き3 Nと示す。
- 反対向きで大きさが等しいため、上下の力がつり合うと説明する。
資料：上面と下面が押される
上面と下面のどちらの面が強く押され、その違いがどちら向きの力になるか説明しましょう。
答えと解説
下面は上面より深く、二つの面積は同じなので、下面を上向きに押す力は上面を下向きに押す力より大きいです。二つの力の差が上向きの浮力になります。
側面には横向きの力が働きます。
- 下面は深く、上面と面積が同じなので、下面が上向きに受ける力の方が大きいと示す。
- 上下の力の差が上向きの浮力になると説明する。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 水圧と浮力を深さや体積に結び付ける
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/connect-water-pressure-and-buoyancy-to-depth-and-volume/
選択では深さ、体積、力の向きと読みを確認します。記述ではどの条件をそろえたかを明示し、比較の根拠を講師と確かめます。
読む文章・資料
ゴム膜が押される向き
水槽で、空気の入った筒の口を同じゴム膜でふさいで観察します。筒の口を横向きにして同じ水の深さ5 cmと15 cmで比べると、15 cmの方が膜が筒の内側へ大きくへこみました。口を下向きにしても膜は筒の内側へへこみました。
同じ物体を深くする
変形しないおもりをばねばかりにつるします。空気中の読みは7 Nです。同じ水槽の浅い位置と深い位置で、どちらも全体を水に沈めて静止させます。底や壁には触れません。浅い位置でばねばかりは5 Nを示しました。
少し入れる、全部入れる
同じ直方体をばねばかりでつるし、同じ水槽で静止させて測ります。空気中は6 N、体積の半分を水中に入れたときは5 N、全体を入れたときは4 Nでした。容器には触れていません。
重さが同じ二つのおもり
おもりAとBは空気中でどちらも8 Nです。Bの体積はAより大きく、同じ水槽にそれぞれ全体を沈め、ばねばかりの糸が張ったまま、容器に触れずに静止させます。
水面に浮いた容器
ふたの閉まった容器が、同じ水槽で一部を水面の上に出して静かに浮いています。底や壁に触れておらず、ひもも付いていません。容器に働く重力の大きさは3 Nです。
上面と下面が押される
直方体が、水平で面積が等しい上面と下面を保ったまま静かな水に完全に沈んでいます。側面は垂直です。上面は水面下10 cm、下面は水面下20 cmにあります。
容器の広さを変える
上部が空気に開いた細い水槽と広い水槽があります。同じ水を入れ、どちらも水面から底までの深さは25 cmです。両方の水槽の側面で、水面下10 cmの点の水圧を比べます。
資料：ゴム膜が押される向き
口を横向きにしたとき、水圧が大きいのはどちらですか。
- 深さ5 cm
- 深さ15 cm
- どちらも等しい
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：ゴム膜が押される向き
口を下向きにした記録から分かることはどれですか。
- 下側の水も、膜を上向きに押す。
- 下向きの口では、水が膜を下向きに引く。
- 水圧の向きは横で、下向きの膜には力がかからない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ物体を深くする
浅い位置でのおもりに働く浮力は何Nですか。
- 5 N
- 7 N
- 2 N
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ物体を深くする
深い位置での浮力を、浅い位置と比べるとどうなりますか。
- 大きくなる。
- 等しい。
- 小さくなる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：少し入れる、全部入れる
全体を水中に入れたときの浮力はどれですか。
- 1 N
- 4 N
- 2 N
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：少し入れる、全部入れる
半分を水中に入れたときから、全体を入れたときへの変化はどれですか。
- 浮力は1 Nから2 Nになった。
- 浮力は5 Nから4 Nになった。
- 浮力は2 Nから1 Nになった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：重さが同じ二つのおもり
水中で浮力が大きいのはどちらですか。
- B
- A
- AとBは等しい
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：重さが同じ二つのおもり
水中で、ばねばかりの読みが小さいのはどちらですか。
- A
- AとBは等しい
- B
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水面に浮いた容器
水が容器に及ぼす浮力はどれですか。
- 下向きに3 N
- 上向きに3 N
- 上向きに6 N
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水面に浮いた容器
浮いて静止している容器について、合っている説明はどれですか。
- 容器に働く重力は水に入ると消える。
- 浮力と重力がつり合い、上下方向の合力がゼロになる。
- 浮力が重力より大きいが、水面が上向きの運動を止める。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：上面と下面が押される
下面を押す力の向きと大きさを、上面を押す力と比べるとどうなりますか。
- 下向きで、上面を押す力より大きい。
- 上向きで、上面を押す力より小さい。
- 上向きで、上面を押す力より大きい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：上面と下面が押される
この直方体が受ける浮力を説明するのはどれですか。
- 下面と上面を押す力の差が上向きに残る。
- 上下の面を押す力を足した分が上向きに働く。
- 側面に働く横向きの力が足し合わされて上向きになる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：容器の広さを変える
比べた二点の水圧はどうなりますか。
- 広い水槽の方が大きい。
- 細い水槽の方が大きい。
- 二点の水圧は等しい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：容器の広さを変える
この比較でそろっている、水圧を考えるための条件はどれですか。
- 水槽の横幅と、全体に入れた水の量。
- 水の種類と、比べた点の水面からの深さ。
- 水槽の底の面積と、側面全体にかかる力。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：ゴム膜が押される向き
口を横向きにした記録と下向きにした記録を使い、水圧の大きさと向きを説明しましょう。
資料：同じ物体を深くする
浅い位置での浮力を求め、深い位置での読みがどうなるか理由を付けて予想しましょう。
資料：少し入れる、全部入れる
半分と全部を水中に入れたときの浮力を求め、差を水中に入った体積と結び付けましょう。
資料：重さが同じ二つのおもり
水中でAとBの浮力とばねばかりの読みを比べ、どちらが大きいか理由を説明しましょう。
資料：水面に浮いた容器
浮いて静止する容器に働く二つの力を、向きと大きさを含めて説明しましょう。
資料：上面と下面が押される
上面と下面のどちらの面が強く押され、その違いがどちら向きの力になるか説明しましょう。
解答: 水圧と浮力を深さや体積に結び付ける
深さ15 cm
同じ水の中では深い方が水圧は大きく、ゴム膜もより大きくへこんでいます。
下側の水も、膜を上向きに押す。
口が下向きのとき、筒の内側へへこむ向きは上です。
2 N
静止した状態で、空気中の7 Nと水中の5 Nの差を取ります。
等しい。
同じ水の中で、形と水中に入った体積が同じです。深さによって各面の水圧が増えても、浮力は同じです。
2 N
空気中6 Nと、全体を入れたときの4 Nの差です。
浮力は1 Nから2 Nになった。
どちらの浮力も、空気中の読み6 Nから水中の読みを引いて比べます。
B
同じ水で全体が水中にあるので、体積が大きいBが押しのける水の体積が大きくなります。
B
空気中の読みは同じで、浮力が大きいBの方が、ばねばかりが支える力は小さくなります。
上向きに3 N
静かに浮いた容器の上向きの浮力は、下向きの3 Nの重力とつり合います。
浮力と重力がつり合い、上下方向の合力がゼロになる。
反対向きで同じ大きさの二つの力が働くので、合力はゼロです。
上向きで、上面を押す力より大きい。
水は下面を下側から押します。下面の方が深く、二つの面積は等しいので、下面の方が受ける力は大きいです。
下面と上面を押す力の差が上向きに残る。
上面を押す力は下向きで、下面を押す力は上向きです。側面の力には上下方向の成分がありません。
二点の水圧は等しい。
同じ水で、水面から測った深さがどちらも10 cmです。
水の種類と、比べた点の水面からの深さ。
静かな同じ水で同じ深さの点を比べます。水槽全体の広さや水の量は水圧の比較に使いません。
記述問題の解答・確認の観点
資料：ゴム膜が押される向き
口を横向きにした記録と下向きにした記録を使い、水圧の大きさと向きを説明しましょう。
横向きでは15 cmの方が5 cmよりへこみが大きく、深い方が水圧は大きいと分かります。下向きの口でも膜が内側、つまり上にへこんだので、水は膜を下から上へも押します。
膜がへこんだ向きと、水が膜を押す向きをつなぎます。
- 同じ横向きで、15 cmの方が5 cmより膜のへこみが大きく、水圧が大きいと示す。
- 下向きの口では内側が上なので、水が膜を上向きにも押すと示す。
資料：同じ物体を深くする
浅い位置での浮力を求め、深い位置での読みがどうなるか理由を付けて予想しましょう。
浅い位置で浮力は7−5＝2 Nです。深くしても水中に入った体積は全体のままで、水も同じなので、浮力は約2 N、ばねばかりの読みは約5 Nと予想します。
深い位置の読みは、測定記録でなく予想です。
- 浅い位置の浮力は、7 Nと5 Nの差の2 Nと求める。
- 同じ水に全体が入ったままなので、深くしても浮力は約2 N、ばねばかりは約5 Nと予想する。
資料：少し入れる、全部入れる
半分と全部を水中に入れたときの浮力を求め、差を水中に入った体積と結び付けましょう。
半分のときは6−5＝1 N、全体のときは6−4＝2 Nです。同じ水で水中に入った体積が二倍になり、この記録では浮力も二倍になっています。
水中の読みだけを浮力としません。
- 空気中の読みから水中の読みを引き、半分で1 N、全体で2 Nと求める。
- 同じ水では、水に入った体積が二倍になったとき浮力も二倍になったと示す。
資料：重さが同じ二つのおもり
水中でAとBの浮力とばねばかりの読みを比べ、どちらが大きいか理由を説明しましょう。
Bの方が水中に入った体積が大きいので、浮力はBの方が大きいです。空気中では両方とも8 Nで、Bはより大きな浮力で支えられるため、水中でばねばかりが支える力はAの方が大きいです。
同じ重さでも、水中でばねばかりが支える力は同じとは限りません。
- Bは水に入った体積が大きく、浮力も大きいと示す。
- 空気中の重さは両方8 Nで、Bの浮力が大きい分、水中のばねばかりの読みはAが大きいと示す。
資料：水面に浮いた容器
浮いて静止する容器に働く二つの力を、向きと大きさを含めて説明しましょう。
重力は下向きに3 Nです。水から受ける浮力は上向きに3 Nで、重力と大きさが等しく反対向きなので、上下の力がつり合っています。
ひもや底からの支えはありません。
- 重力は下向き3 N、浮力は上向き3 Nと示す。
- 反対向きで大きさが等しいため、上下の力がつり合うと説明する。
資料：上面と下面が押される
上面と下面のどちらの面が強く押され、その違いがどちら向きの力になるか説明しましょう。
下面は上面より深く、二つの面積は同じなので、下面を上向きに押す力は上面を下向きに押す力より大きいです。二つの力の差が上向きの浮力になります。
側面には横向きの力が働きます。
- 下面は深く、上面と面積が同じなので、下面が上向きに受ける力の方が大きいと示す。
- 上下の力の差が上向きの浮力になると説明する。