上皿てんびんで食塩を量る問題です。
「分銅を加えて、つり合わせる」
いつでも、この操作でよいでしょうか。
まず、何を知りたいのかを確かめてください。食塩の重さを調べたいのか、食塩を5gだけ取りたいのか。同じてんびんでも、操作する側が変わります。
重さが分からないなら、分銅を合わせる
ある物の重さを調べるときは、その物を一方の皿に載せ、もう一方の皿の分銅を組み合わせてつり合わせます。
例えば、10g、2g、1gの分銅でつり合ったなら、物の重さは13gです。
調べたい物を途中で削ったり、減らしたりしてはいけません。物の方を変えたら、最初の物の重さを調べたことにならないからです。
変えないのは調べたい物。変えるのは、比較する分銅の組み合わせです。
5gを量り取るなら、食塩の量を合わせる
今度は、食塩を5gだけ量り取る場合です。
一方の皿に5gの分銅を載せ、もう一方に食塩を少しずつ加えてつり合わせます。粉末を扱うので、皿を保護する薬包紙などは、先生の指示に従って準備します。
ここでは、分銅の5gが目標です。食塩を入れすぎて食塩側が下がったら、食塩を少し取り除きます。
分銅を追加してつり合わせると、5gより多い食塩を量り取ることになってしまいます。
「つり合えばよい」ではなく、「何gでつり合わせたいのか」まで見ましょう。
紙を載せるなら、紙の重さも考える
食塩側だけに紙を載せたら、てんびんが比べるのは「食塩と紙」と「分銅」です。
5gの分銅でつり合っても、食塩だけで5gとはいえません。
両方の皿に同じ重さの薬包紙を載せ、紙だけでつり合うことを確かめてから使うのは、紙の重さをそろえるためです。
同じ大きさに見えるから大丈夫、と決めず、初めのつり合いを確認してください。
「5gを量る」の続きを読もう
問題文に「食塩の重さを調べる」とあれば、重さはまだ分かっていません。
「食塩を5g量り取る」とあれば、欲しい重さは決まっています。
器具の名前が同じでも、実験の目的まで同じとは限りません。図を見る前に、何を決めて、何を調節するのかを言葉にしてみましょう。
最後に、一問だけ
食塩を5g量り取る途中で、食塩側の皿が下がりました。分銅を追加して、つり合わせてもよいでしょうか。
よくありません。目標の5gを変えず、食塩を少し取り除きます。
操作に迷ったら、最初の目的に戻る。てんびんの問題でも、この確認が役に立ちます。
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参考資料
編集補足：左右の皿に載っている物を全部書く
ここからは、つり合いの条件を数量で確かめる自作例題です。上皿てんびんは、左右の皿に載っている物全体の重さを比べています。測りたい粉末だけを見て、薬包紙や容器の重さを途中で消してはいけません。初めに左右それぞれの中身を短い式にすると、何を引くかがはっきりします。 模式図では、一方に「紙0.6gと食塩」、もう一方に「6gの分銅だけ」を載せました。紙が片側にしかないため、食塩だけと分銅を直接比較しているわけではありません。これに対して、両側へ同じ重さの紙を載せた条件なら、紙の分をそろえて食塩と分銅を比べられます。図を見たら、皿の上の小さな紙も数える対象へ入れましょう。
例題1：片側にだけ紙を載せたら
重さ0.6gの薬包紙の上に食塩を載せ、反対側には6gの分銅だけを載せました。てんびんは正しく調整され、左右がつり合いました。食塩だけの重さはいくらですか。測定の途中で紙や食塩の重さは変わらないものとします。 答え：5.4gです。 左右の関係は「紙0.6g＋食塩＝分銅6g」なので、食塩は6−0.6＝5.4gです。つり合ったときに6gなのは紙と食塩を合わせた全体であり、食塩だけではありません。 もし食塩を6gちょうど量り取りたいなら、同じ重さの紙を反対側にも載せて、紙どうしがつり合う状態から始めるなど、紙の分をそろえる必要があります。ここでは引き算の意味を確かめる例題なので、図を読み替えて後から紙を追加したことにはしません。実験の実際の準備は、使う器具と指導者の手順に合わせます。
例題2：目標の量を変えずに直す
両皿に同じ重さの紙を載せ、食塩を8g量り取ろうとしています。一方に8gの分銅を置き、反対側へ食塩を加えたところ、食塩側が下がりました。そこで分銅側へ2gを追加すると、つり合いました。このとき食塩は何gですか。目標の8gにするには、どちらをどう調整すればよいでしょうか。 答え：食塩は10gになっています。 紙の重さは左右で同じなので、分銅8＋2＝10gと食塩がつり合っています。目標に戻すには、追加した2gの分銅を外して8gへ戻し、食塩を減らしてつり合わせます。つり合ったという結果だけでは、目的どおりの量かは分かりません。 この例題は、分銅を追加したことで比較の基準を変えてしまった場面です。一方、未知の物体の重さを調べる場面なら、分銅を増減してつり合う組合せを探すことが正しい操作になります。同じ「皿が下がった」でも、何を固定しているかによって次の操作が異なります。 読み取った10gから目標8gを引けば、多かった食塩は2gです。ただし、実物の操作で目分量だけで2gを正確に取り去れるわけではありません。計算で差が分かることと、てんびんで目的の量へ調節できたことを区別し、最後は目標の分銅とのつり合いで確かめます。 記述で理由を問われたら、「重いから減らす」だけで終えず、「分銅は量り取りたい8gを示すので変えず、食塩を減らす」と目的まで書くと伝わります。未知量を調べる測定か、既知の量を用意する操作かを最初に決めることで、道具の扱いを丸暗記するだけでは解けない問題にも対応できます。