密度と物質の見分け方
同じ大きさでも重さが違うのはなぜでしょうか。物質を見分ける重要な指標である密度について学びます。
基本知識
密度は単位体積あたりの質量で、密度 [g/cm3] = 質量 [g] ÷ 体積 [cm3]で求めます。密度は物質固有の値なので、物質を見分けるのに使えます。
例: 水=1.00、鉄=7.87、アルミニウム=2.70、金=19.3、氷=0.92(g/cm3)。
液体に物体を入れると、密度が小さい方が浮き、大きい方が沈みます。氷が水に浮くのは、氷の密度(0.92)が水(1.00)より小さいためです。体積はメスシリンダーで水に沈めた際の体積の増加分で測ります。
📘 重要用語
密度（単位体積あたりの質量。g/cm3）
質量（物体に含まれる物質の量。場所が変わっても変わらない）
重さ（物体に働く重力の大きさ。場所で変わる)
メスシリンダー（液体の体積を測る器具。目盛は液面の最も低い位置で読む）
浮力（流体中の物体に働く上向きの力）
電子てんびん（質量を測る器具。0点合わせを忘れずに）
密度（単位体積あたりの質量。g/cm3）
質量（物体に含まれる物質の量。場所が変わっても変わらない）
重さ（物体に働く重力の大きさ。場所で変わる)
メスシリンダー（液体の体積を測る器具。目盛は液面の最も低い位置で読む）
浮力（流体中の物体に働く上向きの力）
電子てんびん（質量を測る器具。0点合わせを忘れずに）
深掘り (背景・意義)
密度は物質を識別する強力な手段です。たとえば「金色の金属」が本当に金かどうかは、密度を測れば判別できます(金は19.3で他の黄色い金属より圧倒的に重い)。これは古くからアルキメデスの原理として知られ、王冠の真贋判定の逸話にもつながります。
密度は温度でも変わります。一般の物質は温度が上がると体積が増えて密度が下がりますが、水は4℃で密度が最大になる特異な性質を持ちます。これが湖の底が凍りにくく、魚が冬を越せる理由でもあります。
💡 ポイント
- 密度 = 質量 ÷ 体積 [g/cm3]
- 密度は物質固有の値→識別に使える
- 液体より密度が小さければ浮き、大きければ沈む
- 水の密度は1.00 g/cm3(4℃)
- 氷(0.92)＜水(1.00) なので氷は浮く
- メスシリンダーは目盛を真横から読む
- 質量と重さは別物(質量は不変、重さは重力依存)
注意点 (混同しやすい)
① 質量(kg, g)と重さ(N, ニュートン)を混同しない。中学では同じ単位で扱うことが多いが概念は別。② 密度の単位はg/cm3(質量÷体積)。逆数にしない。③ メスシリンダーは液面の下端を読む(水銀は上端)。④ 氷が水に浮くのは水の特異な性質で、一般の物質は固体の方が密度が大きい。
練習
- 質量54g、体積20cm3の物体の密度を求めなさい。
- 密度0.92g/cm3の物質を水(1.00)に入れるとどうなるか。
- 密度を使って物質を見分けることができるのはなぜか、説明しなさい。