【GPS と歩測で地球の大きさを測ろう】

サイエンス基礎【地学】
１年
【GPS と歩測で地球の大きさを測ろう】
組
番氏名
平成
年
月
日(
)
エラトステネスが２点間の距離と緯度差から地球の大きさを求めたのは，今から 2200 年以上も前の
ことである。この方法は現代でも通用する。カーナビや携帯電話等で身近になった GPS（Global
Positioning System：人工衛星による全地球測位システム）を利用するとほぼ正確な緯度が得られる。
これを利用して，狭い範囲の距離・緯度差でも地球の全周を計算することができるはずである。
http://www.asahi.com/edu/nie/tamate/kiji/TKY200508220108.html
１
仮
(1)
説
GPS を用いてグラウンド程度の狭い範囲でも正確に緯度差を求めることができる。
(2) 前もって自分の１歩の長さを測っていたら，歩測でほぼ正確な距離が求められる。
(3) GPS で求めた緯度差と歩測による距離から地球の全周をほぼ正確に求めることができる。
２
準備するもの
携帯型 GPS（Garmin 社製 eTrex 20J）
，メジャー（100m），方位磁針，電卓
※ 携帯型 GPS はスマートフォンでも代用できる。
３
実 習
(1) 自分の１歩の長さを求める。
校庭において 20ｍの間隔を 10 回歩き，平均歩数から１歩の長さを求める。
(2) 地球の大きさの測定
① 校庭でほぼ南北に離れた２点間を４回（時間がなければ２回）歩き，平均歩数から距離を求
める。
②
GPS で求めた２点の緯度から緯度差を計算し，地球の全周を求める。
※ GPS による緯度測定は教師が行う。
③ 地球の全周を 4.0×104km として，測定値の誤差を求める。
-1-
-2-
計
10
9
8
7
6
5
ｍ ]
]
）]
１歩の長さ＝
歩数の平均＝
日（
]
緯度差
終点
始点
平均
４回目
３回目
２回目
１回目
【地球の全周の計算】
緯度
歩数
【誤差の計算】
組
4
歩数
月
実習２ 地球の大きさの測定
１年
3
2
1
回数
測定距離 [
測定場所 [
測定者 [
測定日時 [
実習１ １歩の長さ測定
サイエンス基礎【地学】
番氏名
サイエンス基礎【地学】
４
１年
組
番氏名
計算式
(1) 地球の全周の求め方
地球の全周＝２点間の距離 
360  60  60[]
２点間の緯度差[]
［参考］１°＝60′，１′＝60″
(2) 誤差の計算
誤差［％］＝
５
求めた地球の全周[km]－4.0  10４
4.0  10４
 100
考 察
(1) GPS と歩測で求めた地球の全周は正確だったか。そのように考えた理由を付して記せ。
(2) より正確に地球の全周を測定するにはどのようにすればよいか。箇条書きで記入せよ。
６
感想等（最後の行まで記入すること！）
-3-
サイエンス基礎【地学】
１年
【太陽放射エネルギーを測ってみよう】
組
平成
番氏名
年
月
日(
)
私たちがこの地球上で生活していくためのエネルギー源は，太陽からの光，つまり太陽放射エネルギ
ーです。では，私たちが地表で実際に受け取ることができる太陽放射エネルギーはいったいどれくらい
なのでしょうか？
１
仮
(1)
説
私たちは太陽放射エネルギーを光（明るさ）として感じています。しかし，一方では熱として
も感じています。太陽放射エネルギーを熱エネルギーに変換して測定することができるのではな
いでしょうか。
(2) 太陽定数は，1.37kW/m2 と定められています。私たちがいる地表まで到達できる日射量（太陽
放射エネルギー）は，この値より小さくなるでしょう。
※ 参考
太陽定数：太陽から１天文単位(地球と太陽の平均距離，1.5×10８km＝1.5 億 km)離れた大気圏
外で太陽光線に垂直な１m2 の面が１秒間に受けるエネルギー量
W（ワット）＝J/s（ジュール毎秒）：１秒間のエネルギー量の単位
１kW(ｷﾛﾜｯﾄ)＝1000W
２
準備するもの
簡易日射計１式，メスシリンダー（100mL）
，くみ置きした水，スポイト
[メモ欄]
-1-
サイエンス基礎【地学】
３
１年
実験方法
-2-
組
番氏名
サイエンス基礎【地学】
４
測定結果
経過
時間（分）
１年
測定日時【
水
年
温（℃）
月
日
組
番氏名
：
~～
：
】
観測中の天気等，気づいたこと
０
１
２
３
４
５
６
７
８
９
10
５
日射量を求めてみよう！
(1) １分ごとの水温の変化を右のグラフに
記入して，10 分間の上昇温度を求める。
℃
(2) メスシリンダーで受熱容器内の水の
質量を測定する。
）cm3
水の体積（
＝水の質量（
）g
(3) 受光面の面積を求める。
縦（
＝（
）cm×横（
）cm
）cm2
(4) 下の式に，測定で得られた数値を入れて，日射量を求める。
日射量 (k Ｗ / ｍ２ )＝
4.18(Ｊ /g ･℃ )  水の質量 (g)  水の上昇温度 ( ℃ )
１０
受光面の面積 ( cm 2 )  経過時間 ( 秒 )
単位を合わせ
るための数値
【計算】
-3-
サイエンス基礎【地学】
６
考
１年
組
番氏名
察
(1) 測定した日射量は太陽定数（1.37kW/m2）の何％か。
(2) 測定した日射量が太陽定数と異なるのはなぜか。
(3) 日射量をより正確に測定するにはどのようにすればよいか。箇条書きで記入せよ。
[参考資料]
※ 鹿児島の直達日射強度(12 時)の月別平均値(1961 年～1990 年)
７
単位：kW/m2
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10 月
11 月
12 月
0.89
0.88
0.86
0.84
0.82
0.80
0.84
0.84
0.85
0.85
0.84
0.84
感想等（最後の行まで記入すること！）
-4-
サイエンス基礎
平成
年
月
日（
）
地学
・
限
天気（
［露点と湿度の測定］
＜飽和水蒸気量(圧)＞
①
空気が含むことのできる水蒸気の量には限度がある。
②
空気がその限度いっぱいの水蒸気を含んだとき，空気は水蒸気で
したという。
1
③ このとき，１ｍ ３の中に含まれる水蒸気量（ｇ）を
という。
2
飽和水蒸気量は，圧力で表すことがある。
これを“飽和水蒸気圧”という。
気温が高いほど飽和水
蒸気量は,3
い
＜露点と湿度＞
(1) 露点とは？
水蒸気を含んだ空気を冷やすと，ある温度まで下
がると水滴ができ始める。このときの温度を
という。
４
(2)
湿度とは？・・・・空気の乾燥または湿潤の度合いを表す値
湿度（％）＝
実際に含む水蒸気量（ 圧）
 100
その気温での飽和水蒸 気量（圧）
上のグラフを用いて，気温 30℃，露点 20℃の場合の湿度を求めよ。
問
【計算式】（※ 小数第２位を四捨五入すること）
答
１年
組
番
氏名
）
(3) 露点の測り方
金属のコップに水を入れ，氷を少しずつ加えゆっく
り
と冷やす。やがて，コップの表面が白く曇る。こ
のとき
の温度が露点である。
この露点のときの７
が
その空気が実際に含んでいる水蒸気量である。
露点がわかれば，そのときの気温と露点から飽和
水蒸気量(圧)を求めて（p.5），前述の式から湿度を
求めることができる。
(4) 乾湿計による湿度の測定
右の図のように，２本の温度計をならべ，１本の
球部を水でしめらせたガーゼでつつむ（湿球）。
こうすると，水が蒸発するときに気化熱をうばう
ので，温度が下がる。湿度の低いほど，水がたく
さん蒸発するから，２本の温度計の差は大きくな
る。この差を比べることにより湿度を測定する。
＜実習＞
(1)
乾湿計による湿度の測定
①
１本の温度計の球部にガーゼをまいて輪ゴムで留め，片方を 100mL ビーカーの水
に入れてガーゼを湿らせる。
②
２本の温度計をスタンドに糸でつるし，15 分ほど放置する。
③
乾球，湿球の温度をすばやく読み，記録する。
④
乾湿用湿度表（p.4）を用いて，湿度を求める。
乾球の温度
湿球の温度
℃
(2)
湿
温度差
℃
度
℃
％
露点による湿度の測定
①
ステンレスのコップに水を入れる。
②
氷を１個入れゆっくりかき混ぜて冷やし，コップの
表面が白く曇るときの温度（露点）を測定する。
③
スタンドにつるした乾球温度計の温度を読む。
④
コップの水をこぼし表面をよく拭いて，同じ測定を
行う。
⑤
３回測定したら平均を出し，露点とする。
（時間がない場合は１回または２回とする）
⑥
p.5 の飽和水蒸気量表を用いて，水蒸気量を求めて湿
度を計算する。
１回目
２回目
３回目
平
均
乾球の温度
℃
℃
℃
℃
曇り始める温度
℃
℃
℃
℃
実験室の気温
℃
［湿度の計算］
飽和水蒸気量
g/cm3
露点
実際の水蒸気量
℃
g/cm3
湿
度
％
乾湿計用湿度表
乾球と湿球との目盛りの読みの差（℃）
乾
球
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
35
100
93
87
80
74
68
63
57
52
47
34
100
93
86
80
74
68
62
56
51
46
33
100
93
86
80
73
67
61
56
50
45
32
100
93
86
79
73
66
61
55
49
44
31
100
93
86
79
72
66
60
54
48
43
30
100
92
85
78
72
65
59
53
47
41
29
100
92
85
78
71
64
58
52
46
40
28
100
92
85
77
70
64
57
51
45
39
27
100
92
84
77
70
63
56
50
43
37
26
100
92
84
76
69
62
55
48
42
36
25
100
92
84
76
68
61
54
47
41
34
24
100
91
83
75
68
60
53
46
39
33
の
23
100
91
83
75
67
59
52
45
38
31
読
22
100
91
82
74
66
58
50
43
36
29
み
21
100
91
82
73
65
57
49
42
34
27
20
100
91
81
73
64
56
48
40
32
25
19
100
90
81
72
63
54
46
38
30
23
℃
18
100
90
80
71
62
53
44
36
28
20
∨
17
100
90
80
70
61
51
43
34
26
18
16
100
89
79
69
59
50
41
32
23
15
15
100
89
78
68
58
48
39
30
21
12
14
100
89
78
67
57
46
37
27
18
9
13
100
88
77
66
55
45
34
25
15
6
12
100
88
76
65
53
43
32
22
12
2
11
100
87
75
63
52
40
29
19
8
10
100
87
74
62
50
38
27
16
5
9
100
86
73
60
48
36
24
12
1
8
100
86
72
59
46
33
20
8
∧
＜考察＞
(1)
測定に誤差が生じる原因を可能な限りあげよ。
①
乾湿計による測定
②
露点による測定
(2)
乾湿計による湿度と露点による湿度は一致したか？もし，一致しない場合は，その
原因を考察して記述せよ。
＜感想＞
サイエンス基礎【地学】
１年
組
【惑星大気の温度分布を比べてみよう】
１
番氏名
平成
年
月
日(
)
課 題
惑星探査機などの調査で，各惑星の大気成分や気温の高度分布がわかってきた。金星や火星の大
気は，地球大気と大きく異なり，二酸化炭素 CO2 が大部分を占め，酸素 O2 はほとんど存在しない。
大気成分が異なることから，金星や火星の大気構造も地球と違いがあるのではないだろうか。データ
から調べてみよう。
表１ 大気温度の高度分布
高度〔
km 〕 金星〔
℃〕
0
460
5
422
10
382
15
347
20
303
30
224
40
131
50
55
60
-18
70
-43
80
-73
90
-100
100
-108
110
-107
120
-103
130
-98
140
-93
２
準 備
３
実 習
地球〔
℃〕
15
-17
-50
-56
-56
-46
-23
-2
-26
-53
-74
-78
-86
-33
87
196
287
表２ 惑星の大気成分の比較
組成
金星〔
％〕
地球〔
％〕
窒素
1
78.1
酸素
－
20.9
アルゴン
0.02
0.9
二酸化炭素
98.1
0.035
大気圧
90
1
火星〔
℃〕
-23
-42
-60
-76
-85
-100
-110
-119
-127
-131
-135
-138
-141
-140
-135
-122
-100
公転半径
(地球＝１)
0.72
火星％〕
2.7
－
1.6
95.3
0.006
1
1.52
色鉛筆
惑星探査機によって得られた金星・火星と地球の気温の高度分布を図１に別々の色で書き込み，
特徴を捉える。
140
高
度
[km]
120
100
80
60
40
20
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
温度〔℃〕
図１ 大気温度の高度分布
-1-
250
300
350
400
450
500
サイエンス基礎【地学】
４
１年
組
番氏名
考 察
(1) グラフから地球，金星，火星の温度の高度分布の特徴を記せ。
地球：
金星：
火星：
(2) 地球と金星・火星で温度の高度分布が異なる理由を考えて，記入せよ。
５
感想等（最後の行まで記入すること！）
-2-
サイエンス基礎【地学】
１年
実習【気温と高度の関係を考える】
１
組
番氏名
平成 26 年
月
日
目的
高度が高くなると気温が低くなるのは，登山のときに実感する。気温と高度の関係を各地の観測デ
ータで調べてみよう。
２
データの収集
気温は北半球では北に行くほど低くなる。気温と高度の関係をつかむためには，緯度のあまり異な
らない地点の気温の分布を調べなければならない。次表に，緯度のあまり異ならない岐阜県と長野県
中・南部の各地の平均気温と観測点の標高を調べた結果を示す（2008 年の年平均気温）。
観測点
神岡
白川
栃尾
高山
六厩
宮之前
八幡
宮地
３
標高[m ] 気温[℃] 観測点
455
11.2
樽見
478
11.0
金山
765
9.6
美濃
560
11.3 揖斐川
1015
7.3 美濃加茂
930
8.3
恵那
250
13.0 中津川
420
12.2
関ヶ原
標高[m ] 気温[℃] 観測点
190
12.9
奈川
233
13.3 木曽平沢
68
15.0 開田高原
45
15.7 木曽福島
74
15.0 南木曾
315
13.3 南信濃
320
13.9
飯田
130
14.4
浪合
標高[m ] 気温[℃]
1068
8.2
900
10.1
1130
7.4
750
10.8
560
11.5
407
13.2
516
13.0
940
9.4
方法
①
右のグラフに各地の
1200
データを点で記入する。
②
記入された点の並び
に 最も よく合 うよ うな
標
1000
直線を引く。
③ 高度が 100m 増すごと
に 気温 が何度 下が って
いるかを読み取る。
℃/100m
高
〔m 〕
800
600
400
200
４
考察
5
10
気
対 流 圏の 平均 気 温減 率
と上の結果を比較してみよう。平均気温減率＝（
-3-
15
温〔℃〕
）℃/100m
20