「理科の自由研究」テーマ集｜実験や観察など小学3・4年生、5・6年生の学年別16選

3、4年生の理科の自由研究のテーマ

理科の実験や観察は自由研究の花形とも言えますよね。時間があるからこそ、じっくりと実験や観察をして、その理由や原理を図書館で調べるのも楽しいところ。今回は、身近な現象や不思議なことを、実験で楽しく理解していく、そんな自由研究をご紹介します。まずは、3、4年生からです。

ドライヤーの上のピンポン玉

科学館などで、ボールが宙に浮いているのを見た人も少なくないのでは。実は身近な材料で簡単にできる実験です。

材料

• ・ピンポン玉
• ・ドライヤー

• 実験方法

まとめ方

①鍋に豆乳500mlを入れて加熱する。

②木ベラでゆっくり混ぜながら70〜75度まで温めます。

③加熱を止めて、本にがり小さじ1を加え、まんべんなく行き渡るように手早く５〜７回混ぜます。

④鍋にふたをして15分ほどおきます。

⑤ざるにキッチンペーパーを敷き、鍋の中身を移し20分ほど置くと完成します。

まとめ方

普段食べているものを身近な材料で作れるかの疑問を元に構成。完成したものを実際に食べて、いつも食べているものとの味や食感の違いをまとめてみると面白いですね。

ペットボトルで雲作り

雲ってどんな感じだろう…一度は抱く疑問を手元で見てみましょう。

用意するもの

• ・線香
• ・マッチ
• ・お湯（50℃〜60℃）
• ・ 炭酸用のペットボトル（1.5リットル）

実験方法

①ペットボトルに底から１cm程度のところまでお湯を入れます。

②ペットボトルに、線香の煙を5秒間くらい入れてしっかりとふたをします。

③ペットボトルを両手で、力いっぱいにつぶすと中が透明になります。

④両手の力を急に離すと、中が白くなり白い雲が発生します。

まとめ方

ペットボトルを急に押して戻すと、中の空気が少し冷え、水蒸気も冷えて水になります。すると、線香のけむりが中心に集まって水のつぶになり、雲ができあがるのです。4年生の授業で水の変化については学ぶので。細かい理論は簡単に説明してもOK。

月の満ち欠け調べ

日々変化する月の形。長い休みだからこそ取り組みたい観察です。

材料

• ・透明シート数枚
• ・油性マジック
• ・テープ

実験方法

①月がよく見える位置の窓に透明シートをテープで貼り付けます。

②定点観測していることが分かるように、下の建物なども書き込みます。また同じ時刻も書き込みます。

③出てきた月の観察をし、透明シートに形を書き込みます。

④毎日観察したシートを重ね合わせることで、月の動きがよく分かる結果になります。

注意点

同じ時刻、同じ場所で観察することを忘れないようにしましょう。月は30日で１周するので、新月から満月が含まれる15日間ほどできるといいですね。

まとめかた

月は本当に教科書通りに動くの？という興味・関心から実際に観察することにしたというような動機を書きます。みんなが分かりやすいように、大きめにコピーするのもオススメです。

100均で作れる探偵ごっこ

すべて100均の材料で取り組めるのでお手軽な観察です。

材料

• ・アイシャドウ（化粧パウダー）
• ・はけ（ブラシ）
• ・コップ
• ・ティッシュ
• ・セロハンテープ
• ・黒い紙

実験方法

①手で触ったコップを用意して、指紋がありそうなところに化粧パウダーを振りかけます。ブラシを使って多めにかけるのがオススメ。

②ティッシュペーパーで軽く叩くようにしてパウダーを払うと指紋が浮き上がります。

③セロハンテープで指紋を移し取り、黒い紙に貼り付けます。

注意点

黒い紙に貼るので、ゴールドやシルバーに近い明るめの色を選びましょう。

まとめ方

鑑識の指紋取りをテレビで見たことがある人は多いですよね。そんな指紋取りが自分で手軽に試せるのがこの実験のポイント。コップの指紋は人間の指の皮脂がついた状態。そこに粒子の細かいアイシャドウを振り掛けると、皮脂につくわけ。もともと、アイシャドウは人の肌につけるものなので、反応が出やすいんですね。家族みんなの指紋をとって比べるのも楽しいですね。

風船ホバークラフト

浮くはずのない風船がふわふわ浮く？！

材料

・ペットボトル(500ml、普通のもの）
・ビニールテープ
・ゴム風船
・カッター
・キリ

実験方法

①ペットボトルの先（細くなってくる部分）と底（1cmくらい）を切り取ります。

②ペットボトルの底のほかより凹んだ部分にキリで穴を開けます。

③ペットボトルの切り取った先の部分と、底の部分をビニールテープで空気が漏れないようにとめます。

④風船を膨らませたら、ペットボトルの口に取り付けます。

⑤風船から手を離すとふわふわと浮き上がります。平らなところに置いてうちわであおげば横にすいすい動きます。

注意点

ペットボトルを切ったり、キリを使うので、大人と一緒に作業しましょう。

風船をはめる作業も2人でやるとスムーズです。

まとめ方

ヘリウムを入れなくても浮く風船は作れないのか、など作ってみたきっかけを導入にしましょう。風船から抜ける空気が穴から漏れることで進むので、もっと大きなペットボトルでもできるのかなど試してみると、研究の幅が広がります。

水中シャボン玉液

空に浮かぶシャボン玉が水中にできるという不思議な実験です。

材料

• ・プラスチックコップ2個
• ・水
• ・ストロー（太め）1本
• ・食器用洗剤
• ・ハサミ
• ・水彩絵の具

実験方法

①プラスチックコップに水を8分目まで入れます。

②食器用洗剤を10滴ほど垂らしましょう。（濃縮洗剤の場合は1、2滴から試す）

③ストローを10センチメートルくらいの長さにする。曲がる部分があるときは切り落とします。
（ストローが細めのときは、先を斜めに切ると、切り口が太くなり実験がしやすいです）

④ストローの先、数センチメートルをシャボン液に入れたら、もう片方を指でふさぎます。

⑤指でふさいだまま、シャボン液から数センチ持ち上げ、そっと指を離します。

⑥するとシャボン玉が水中にできます。うまくいかない時には、シャボン液を薄めたり、落とす高さを変えてみましょう。

注意点

①の工程ではシャボン液を混ぜる時に泡が立たないように気をつけましょう。

シャボン液がこぼれても大丈夫な場所で実験しましょう。

5、6年生の理科の自由研究のテーマ

5、6年生ではより面白いものや、見た目にも楽しい実験や観察を、ある程度本格的にトライしたいもの。じっくり観察できる年齢だからこそできる実験や、手軽な材料でできるものなどをご紹介します。

手持ちペットボトルロケット

一度は作ってみたいペットボトルロケット。手持ちで簡単に作れる方法をご紹介します。

材料

• ・発泡入浴剤（粒タイプ）
• ・ペットボトル（500mlで炭酸飲料用）
• ・レジ袋などのポリ袋
• ・ビニールテープ
• ・園芸用支柱（長さ1m程度のものを2本）

実験方法

①1本の園芸用支柱の先に、ポリ袋を巻きつけ、さらにその上からビニールテープを巻きつけて、ペットボトルの栓になるものを作ります。ペットボトルの口よりも少し大きめにするのがポイント。

②ペットボトルに発泡入浴剤を半分ほど入れます。

③水を1/4から1/3まで入れる。

④すぐに先ほどの園芸用の支柱を差し込み逆さまにする。

⑤発泡入浴剤から泡が出て、ペットボトルが飛び出します。

注意点　必ず守りましょう。

必ず人がいない方向に向けること。のぞき込まないこと。

ペットボトルの中に発泡材を入れた状態でペットボトルのふたをすると破裂の恐れがあるのでしないこと。

まとめ方

入浴剤が発泡すると、二酸化炭素が発生します。ペットボトルの中の空気の圧力が増すことで、栓が外れてペットボトルが飛び出していきます。そんな理論をまとめて紹介すると、分かりやすくまとまりますね。

アリの行列の不思議

アリは甘いものなどのエサを見つけると、行列を作って食べ物と巣を行ったり来たり。その謎を観察します。

材料

• ・キッチンペーパー
• ・釘

• 実験方法

• ①アリの行列を探し見つけたら、間にキッチンペーパーを置き釘で固定します。

②アリが紙の上を歩き出したら、キッチンペーパーを少しずらして釘で固定します。

③アリの行列がどうなるかを観察します。

まとめ方

アリの動きをそれぞれ写真で撮ったり、イラストで時系列に押さえましょう。アリは、家族で共有する道しるべのようなホルモンをたどっているので、道に迷っても戻ることができることをまとめればOK。他に水を流したらどうなるのかなども調べると、研究の幅が広がります。

氷の綿毛を作る

氷の綿毛が作れるなんとも不思議な実験です。

材料

• ・水（あれば精製水）……90mL
  ・酢酸ナトリウム（無水）……80g
• ※酢酸ナトリウムなどはドラッグストアやオンラインショップで購入できます。
• ・ガラスのびん（容量200mL程度で、耐熱性のガラス容器）
  ・鍋
  ・竹串
  ・ガラス棒（箸などでもよい）

実験方法

①ガラス瓶に酢酸ナトリウムを入れ、水を注ぎます。（酢酸ナトリウムは少し残しておく）

②ガスコンロで中火にかけて湯せんし、ガラス棒でかき混ぜて酢酸ナトリウムを溶かしていきます。

③透明になったら酢酸ナトリウムが溶けた証拠に。

④室温（20℃前後）に戻します。このとき、強い衝撃を与えると凍ってしまうので注意。

⑤酢酸ナトリウムを竹串の先に少しつけます。

⑥溶液が固まりだし、綿毛状に。そのままにしておくと全体が凍り始めます。

注意点

ガスコンロを使うので、大人と一緒に作業しましょう。

綿毛状になっている時間は短いので、写真を撮る場合は準備しておきましょう。

まとめ方

氷の綿毛があると聞いたことや、水よりも先に凍るものがあるという仮定を提示して、実験をスタート。酢酸ナトリウムは、水が0度で凍るのに対して、なんと58度で凍ります。そのため、触れるだけで一瞬で凍る「過冷却」状態になっていたと言えます。難しい結論ですが、氷よりも早く室温よりも高い状態で凍るものがあるという実験は面白かったとまとめられるといいですね。

ペットボトルで雲を作ってみよう

雲ってどんな感じだろう…一度は抱く疑問を手元で見てみましょう。

用意するもの

• ・線香
• ・マッチ
• ・お湯（50℃〜60℃）
• ・ 炭酸用のペットボトル（1.5リットル）

実験方法

①ペットボトルに底から１cm程度のところまでお湯を入れます。

②ペットボトルに、線香の煙を5秒間くらい入れてしっかりとふたをします。

③ペットボトルを両手で、力いっぱいにつぶすと中が透明になります。

④両手の力を急に離すと、中が白くなり白い雲が発生します。

注意点

線香を扱う時には大人と一緒にやりましょう。

まとめ方のコツ

ペットボトルを急に押して戻すと、中の空気が少し冷え、水蒸気も冷えて水になります。すると、線香のけむりが中心に集まって水のつぶになり、雲ができあがるのです。4年生の授業で水の変化については学ぶので。細かい理論は簡単に説明してもOK。

 

ろ過実験

自由研究にぜひ取り入れたいのがSDGs。そのひとつ、「すべての人々に管理された安全な水が行き渡るようにすること」を実験のテーマにしてみましょう。

用意するもの

• ・350mlの空のペットボトル２本
• ・砂
• ・小石
• ・活性炭
• ・カット綿
• ・カッター
• ・ビニールテープ
• ・ガーゼ
• ・輪ゴム
• ・泥水

実験方法

①片方のペットボトルの上部と、もう片方のペットボトルの下部をそれぞれカッターで切り取り、テープで切り口を保護します。

②ボトルの注ぎ口にガーゼをかぶせて輪ゴムで止めます。

③ガーゼをかぶせたボトルに、小石→カット綿→活性炭→カット綿→砂の順で敷きつめましょう。活性炭は小石の1.5倍くらいにします。

④受け皿となるペットボトルに重ねます。

⑤上から泥水を流して観察します。

注意点

泥水は一気に流さず、少しずつ流し入れましょう。

まとめ方のコツ

SDGsについて、自分がどんなアクションをしたかったかを導入にします。実際に水をきれいにするのは簡単なことではないという実験から、水を大切に使うことを最後にまとめるといいでしょう

缶がつぶれる力

硬い缶に自分では力を入れていないのにつぶれる？そんな不思議な現象を手軽に実験します。

材料

• ・アルミ缶
• ・水
• ・網
• ・耐熱性の軍手

実験方法

①アルミ缶に底が浸るくらいの水を入れます。

②コンロの上に網を置いて火を付けましょう。

③網の上に缶を置き、温まったらふたを閉めます。

④網から下ろしたら洗面器などに入れ、水をかけます。

⑤缶がベコッと凹んだら実験成功です。

注意点

コンロを使ったり、熱い缶を扱うので必ず大人と一緒に実験しましょう。

まとめ方

水は液体の状態から気体（水蒸気）の状態になると、体積が1000倍以上になる性質があります。アルミ缶に水を入れて温めると、缶の中は水蒸気（湯気）でいっぱいになります。この状態で水をかけて缶を冷やすと、水蒸気も急激に冷やされて水に戻ります。そのとき、体積が減って、缶がへこむのです。そんな理論を書きながらまとめると、知的な自由研究になりますね。

炭酸飲料で骨が溶ける？

炭酸を飲むと骨が溶けるよ！と親に言われたことがある子もいるのでは。そんな疑問に答える実験です。

材料

• ・魚の骨
• ・炭酸飲料
• ・果物ジュース
• ・お酢など

実験方法

①魚の骨の重さを測ります。

②炭酸飲料に骨を浸けます。

③１週間ほど置いたら、魚の骨を取り出し重さを計ります。

まとめ方

炭酸飲料に浸けた骨は少し軽くなっているはず。リン酸カルシウムは、炭酸飲料や天然ジュースなどの酸性の液体には溶ける性質があります。これは「脱灰」という作用によるもので、確かに骨が溶けていると言えます。でも、実際に人間の体は骨が露出しているわけではなく、歯もすぐに通り抜けてしまうため、普通に飲んでいる分には骨や歯が溶けてしまうことはないので、安心です。ほかにも酢やジュースなどで試してみると、観察の幅が広がります。

ペットボトルで水族館

「ふちんし」という魚型の浮きで水族館を作りましょう。

• ・醤油差し3個
• ・ナット（醤油差しの口にはまるもの）
• ・1.5L炭酸用ペットボトル（中が見やすいもの）
• ・プラスチックコップ1個
• ・水
• ・油性ペン（数色）

実験方法

①醤油差しに油性ペンで色を塗って、ふたを取ったら口の部分にナットをはめるます。これが「ふちんし」です。

②ふちんしにコップの水を少しだけ吸い入れて、尾だけ出るくらいにして浮かべます。

③その後、水をいっぱいに入れたペットボトルの中にふちんしを入れ、フタを閉めます。

④ペットボトルを両手でぎゅっと押すと、ふちんしが沈み出し、離すと浮きます。

⑤違う色のふちんしを入れれば水族館のようになります。

まとめ方

醤油差しの中に空気が入っているので、ものを浮かせる浮力が大きくなって浮かびます。逆にペットボトルを押すと、醤油差しの中に水が入ってきて、浮力が小さくなり沈みます。そういった理論をまとめると分かりやすい自由研究になりますね。

理科実験でちょっと自慢しちゃおう

ご紹介した理科の実験は、あまりみんなが取り組まないものも多かったのでは。難しいように思えて実は簡単にできたり、逆に簡単にできるものの、ちょっと工夫が必要だったりと内容もそれぞれ。自分が面白い！と楽しめるような実験ができると、みんなに自慢したくなっちゃうもの。どの理科実験に興味があるか、今から考えてみてくださいね。

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文/松川麗　構成.HugKum編集部