小学理科小学4年生物理
ものの温度と体積｜あたためると大きくなる・空気＞水＞金属【小4理科】
小4理科「ものの温度と体積」を図解でやさしく。空気・水・金属はあたためると体積が大きくなり冷やすと小さくなること、体積の変わり方は空気がいちばん大きく金属はごくわずかなこと、金属の球と輪の実験まで、試験管の石けん膜の図と実験例でわかります。中学の状態変化へつながります。
◎このページのゴール
「空気・水・金属は、あたためると体積が大きくなり、冷やすと小さくなること」と「体積の変わり方は空気がいちばん大きく金属はごくわずかなこと」を理解し、金属の球と輪の実験を説明できるようになる。
夏、ペットボトルがパンパンにふくらんでいたこと、ありませんか？ じつは、空気も水も金属も、あたためると体積（大きさ）が大きくなり、冷やすと小さくなるのです。この単元では、「何が・どれくらい変わるのか」を、試験管や金属の球の実験で図を見ながら確かめていきます。ここがわかると、夏のレールやふたが開かないびんのなぞも解けるようになります。
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あたためると体積が大きくなる・冷やすと小さくなる
試験管の口に石けんのまくをはって、手であたためてみます。すると、中の空気がふくらんで、まくがプクッと上にふくらみます。冷やすと、空気が小さくなって、まくは下にへこみます。
これは、中の空気の体積（大きさ）が変わったしるしです。空気だけでなく、水も金属も同じで、あたためると体積が大きくなり、冷やすと小さくなります。「温度が上がると大きく、温度が下がると小さく」——これがこの単元の芯です。
✓理解チェック①
体積の変わり方は「空気 ＞ 水 ＞ 金属」
同じだけあたためても、体積の変わり方は、ものの種類でまったくちがいます。いちばん大きく変わるのが空気、つぎが水、いちばん変わりにくいのが金属です。
矢印の長さが、ふくらみ方の大きさです。空気は目で見てはっきりわかるほど大きく変わり、水はそれより小さく、金属はごくわずか（じっと見てもわからないくらい）しか変わりません。順番は 空気 ＞ 水 ＞ 金属 とおぼえましょう。
金属って、あたためてもぜんぜん変わらないように見えるよ？
そう見えるよね。でも、金属もほんのちょっとだけ大きくなっているんだ。目では見えないくらい小さい変化だけど、たしかに変わっている。だから「金属は変わらない」じゃなくて「金属はごくわずかに変わる」が正しいよ。次の「金属の球と輪」の実験を使うと、その小さな変化が目で見えるようになるんだ。
✓理解チェック②
金属の球と輪の実験
金属の小さな変化を、目で見えるようにするのがこの実験です。ちょうど輪を通る大きさの金属の球を用意します。ふつうの温度では、球はスッと輪を通りぬけます。
ところが、球を火（アルコールランプなど）であたためると、球の体積が少し大きくなって、さっきまで通っていた輪につかえて通らなくなります。そのまま冷ますと、球はもとの大きさにもどり、また輪を通りぬけます。金属のごくわずかな変化が、こうして目で見えるのです。
球だけあたためたんだよね。輪のほうは何もしてないのに、通らなくなるの？
そうなんだ。輪はそのままで、球だけがふくらんだから、つかえて通らなくなる。逆に、輪のほうをあたためると、輪の穴も少し大きくなるよ。金属はあたためると、すき間や穴もふくめて全体が大きくなるんだ。だから、かたく閉まったびんのふた（金属）をあたためると、ふたが少しゆるんで開けやすくなるんだよ。
✓理解チェック③
よくある間違い
✕よくある間違い
「あたためると体積がへる」と逆におぼえる／「水や金属はあたためても変わらない」と思う／「あたためると重くなった」と思う
あたためると体積はふえる（冷やすとへる）。水も金属も変わる（変わり方は 空気＞水＞金属）。変わるのは体積だけで、重さ（ものの量）は変わらない
あたためてふくらんでも、ものの量（つぶの数）はふえていないので、重さは変わりません。変わるのは「大きさ（体積）」だけ。これは小3で習った「形を変えても重さは変わらない」と同じ考え方です。
やってみよう（練習問題）
✏️ やってみよう①（基本：あたためる・冷やす）
つぎの文の（ ）に「大きく」「小さく」のどちらかを入れましょう。
- 空気をあたためると、体積は（ ）なる。
- 水を冷やすと、体積は（ ）なる。
答えと解説を見る
- 大きく（あたためると体積はふえる）
- 小さく（冷やすと体積はへる）
空気・水・金属のどれでも、「あたためると大きく・冷やすと小さく」は同じです。
✏️ やってみよう②（標準：変わり方をくらべる）
空気・水・金属の入れものを、同じくらいあたためました。
- 体積の変わり方がいちばん大きいのはどれ？
- いちばん変わりにくい（ごくわずかしか変わらない）のはどれ？
答えと解説を見る
- 空気（目で見てはっきりわかるほど大きく変わる）
- 金属（じっと見てもわからないくらい、ごくわずか）
変わり方は、いつも 空気 ＞ 水 ＞ 金属 の順です。
✏️ やってみよう③（応用：球と輪・重さ）
つぎの文が正しければ◯、まちがっていれば×をつけましょう。
- 「輪を通っていた金属の球をあたためると、輪を通らなくなる」
- 「金属はあたためても、まったく体積が変わらない」
- 「空気をあたためてふくらませると、空気の重さが重くなる」
答えと解説を見る
- ◯…球がふくらんで、輪につかえて通らなくなる。
- ×…金属も、ごくわずかだが体積が変わる。
- ×…ふくらんでも、ものの量（つぶの数）は同じなので、重さは変わらない。
「変わるのは体積（大きさ）だけ、重さは変わらない」が、この単元のいちばん大事なところです。
家おうちの方へ
「ものの温度と体積」のつまずきは、ほぼ3つです。1つは大きくなる向き。「あたためると体積がふえる（冷やすとへる）」を、逆におぼえてしまう子がいます。夏のペットボトルや、湯につけたびんのふたなど、身近な例で「のびる＝大きくなる」と結びつけてあげてください。2つめは変わり方の順番。金属の変化は目で見えにくいので「金属は変わらない」と思いがちですが、正しくは「空気 ＞ 水 ＞ 金属で、金属もごくわずかに変わる」です。びんのふたや空気と水の体験とつなげると納得します。3つめは重さとの混同。ふくらんでも重さは変わらない（変わるのは体積だけ）——これは小3のものと重さと同じ考え方だと確かめてください。
ものの温度と体積は、「あたためると大きく・冷やすと小さく」「変わり方は空気＞水＞金属」「変わるのは体積だけで重さは変わらない」——この3つが芯です。金属の球と輪の実験で、目に見えない小さな変化まで確かめられます。この考え方が、中学の状態変化の土台になります。
📌 1分まとめ（声に出して読もう）
- 空気・水・金属は、あたためると体積が大きくなり、冷やすと体積が小さくなる。
- 体積の変わり方の大きさは 空気 ＞ 水 ＞ 金属（空気がいちばん大きく、金属はごくわずか）。
- 金属の球は、あたためるとふくらんで、それまで通っていた輪を通らなくなる。
- 変わるのは体積（大きさ）だけ。重さ（ものの量）は変わらない。
- 「温度で体積が変わる」考えは、中学の状態変化へとつながる。
よくある質問
ものの温度と体積には、どんなきまりがありますか？
空気・水・金属は、あたためると体積（大きさ）が大きくなり、冷やすと小さくなります。体積の変わり方の大きさは、空気がいちばん大きく、次が水、金属はごくわずかで、空気＞水＞金属の順です。変わるのは体積だけで、重さ（ものの量）は変わりません。
あたためて体積が大きくなると、重さも重くなりますか？
いいえ、重さは変わりません。あたためてふくらんでも、ものの量（つぶの数）はふえていないので、変わるのは大きさ（体積）だけです。これは小3で習った「形を変えても重さは変わらない」と同じ考え方です。
金属の球と輪の実験では、なぜ球が輪を通らなくなるのですか？
金属もあたためると体積が大きくなるからです。輪をちょうど通る大きさの球を火であたためると、球が少しふくらんで、それまで通っていた輪につかえて通らなくなります。そのまま冷ますと、球はもとの大きさにもどり、また輪を通りぬけます。
金属はあたためても体積が変わらないのですか？
いいえ、金属もあたためると体積が大きくなります。ただし変わり方はごくわずかで、じっと見てもわからないくらいです。「金属は変わらない」ではなく「金属はごくわずかに変わる」が正しく、球と輪の実験を使うと、その小さな変化が目で見えます。