【中学2年理科】雲のでき方と低気圧・高気圧

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中学2年理科。今日は天気の単元の雲のでき方について学習しましょう。空に浮かぶ雲がどうやってできるのか、その仕組みをマスターします。そして、高気圧と低気圧についても学習します。どちらで雲ができやすいのか理由までしっかりと答えられるようになっておきましょう。

雲のでき方の実験

雲のでき方を調べるために、丸底フラスコと注射器を使った実験を行います。フラスコ内の変化と、雲ができるメカニズムをしっかりとマスターしてください。

実験をする前に、丸底フラスコ内に少量の水線香の煙を入れておきます。

よく出る記述問題!Q:フラスコ内に少量の水を入れる理由は?
A:フラスコ内の湿度を上げるため。
Q:フラスコ内に線香の煙を入れる理由は?
A:水蒸気が水滴になるときの凝結核になるから。

どちらも雲ができやすくする工夫なんですね。凝結核というキーワードも覚えておいてください。

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フラスコ内の変化

下のような図の装置を組み立て、注射器のピストンを引きます。そうすると、フラスコ内では次のような変化が起こります。

雲のでき方

ピストンを強く引く

  1. フラスコ内の気圧下がる
  2. フラスコ内の空気膨張する
  3. フラスコ内の気温下がる

気温が下がると、水蒸気が水滴に変わる温度である露点に達します。空気の温度が露点に達すると、空気中の水蒸気が水滴に変わります。その結果フラスコ内が白くくもります

この実験では、雲の正体が水滴であることもわかりますね。

自然界での雲のでき方

自然界でも、丸底フラスコ内のような変化が起こっています。下の図を見てください。

自然界での雲のでき方

自然界での雲のでき方は何パターンかありますが、すべて次の条件を備えています。

まずは空気が上昇するととが必要です。山の斜面に沿って空気が上昇したり、太陽であたためられた空気が上昇したりすると次のような変化が起こります。

  1. あたたかい空気が上昇する。
  2. 上空に行くと気圧下がります。
  3. 気圧が下がると空気膨張して膨らみます。
  4. 空気が膨張すると気温下がります。

気温が下がると、空気の温度が露点に達し、空気中の水蒸気が水滴に変化します。この変化は丸底フラスコを使った実験と全く同じですね。

自然界で雲ができる4パターン

次のような条件下で雲ができます。

  • 山の斜面に沿って空気が上昇するとき
  • 太陽で地面が熱せられたとき空気が上昇するとき
  • 前線に沿って空気が上昇するとき
  • 低気圧の上昇気流に乗って空気が上昇するとき

共通していることは「上昇」ですね。自然界では上昇気流が起こっているところで雲ができるのです。

雲のでき方の確認問題

  1. 丸底フラスコを使って雲のでき方の実験をするとき、フラスコ内に線香の煙を入れておく理由を答えなさい。
  2. 丸底フラスコを使って雲のでき方の実験をするとき、注射器のピストンをどうしたときフラスコ内が白くくもるか。
  3. 丸底フラスコ内が白くくもったとき、フラスコ内の気圧はどうなっているか。
  4. 丸底フラスコ内が白くくもったとき、空気の体積はどうなっているか。
  5. 丸底フラスコ内が白くくもったとき、空気の気温はどうなっているか。
  6. 丸底フラスコ内が白くくもったとき、フラスコ内の湿度は何%になっているか。
  7. 自然界で雲ができるとき、何気流が生じているか。
  8. 空気が上昇すると気圧がどうなるか。
  9. 雲ができるのは低気圧と高気圧のどちらか。

解答

  1. 水蒸気が水滴になるときの凝結核になるから。
  2. (強く)引いたとき。
  3. 下がっている。(小さくなっている。)
  4. 大きくなっている。(増加している。)
  5. 下がっている。
  6. 100%
  7. 上昇気流
  8. 下がる(低くなる)
  9. 低気圧

高気圧と低気圧

中学1年で大気圧を学習しました。大気圧とは、空気の重さによる圧力のことです。普段何気なく生活している私たちですが、実はものすごい大きさの空気による圧力を受けています。

海抜0m地点での空気の圧力(気圧)は1013hPaで、1気圧とも言います。この気圧は標高によって異なってきます。標高が高くなればなるほど、上空の空気の層が少なくなっていくので気圧は小さくなっていきます。逆に、標高が低くなればなるほど、上空の空気の層が大きくなるので、その分気圧は上昇します。

標高の他にも、空気の流れ方によっても気圧が変化します。それが天気予報で登場する高気圧低気圧です。

高気圧と低気圧

高気圧

高気圧は、まわりと比べて気圧が高い場所です。なぜ気圧が高いかといえば、下降気流が生じているからです。上空から空気が下に流れてくるので、その分空気の重さが増加するのです。

下降気流で降りてきた空気は、地表面で時計回りふき出しています。また、下降気流では雲が発生しにくいので、高気圧の中心付近では雲ができにくく晴れることが多いです。

低気圧

低気圧は、まわりと比べて気圧が低い場所です。なぜ気圧が低いのかというと、上昇気流が発生しているからです。空気が上空に向かって上昇していくので、その分空気の重さが軽くなります。

地表面では、周囲から空気が反時計回りふき込んできて、その空気が上空に上昇しています。また、上昇気流で空気が上昇すると、気圧が下がり、空気が膨張し、気温が下がり、露点に達して雲が発生します。つまり、低気圧の中心付近では雲ができやすく、雨や曇りの日が多くなります。

高気圧・低気圧のポイント!高気圧
❶まわりよりも気圧が高い
❷下降気流
❸時計回りに空気がふき出す
❹晴れの日が多い
低気圧
❶まわりよりも気圧が低い
❷上昇気流
❸反時計回りに空気がふき込む
❹雨や曇りの日が多い

等圧線

気圧が等しい地点を結んだ線等圧線といいます。等圧線は4hPaごとに気圧が変わるごとに引かれ、20hPaごとに太い線が引かれます。テストや入試では、この等圧線を読ませる問題も出題されます。

等圧線

等圧線の間隔がせまいところほど、気圧の変化が大きく、強い風が吹いています。

等圧線に関する問題

[問題]下の天気図で、A地点とB地点の気圧は何hPaか。

等圧線

まず、高気圧と低気圧を確認します。

高気圧があれば、高気圧の中心に向かって気圧が高くなっていきます。低気圧があれば、低気圧の中心に向かって気圧が低くなっていきます。

次に、太い線(980hPaや1000hPaや1020hPa)から、等圧線1本ごとに4hPa気圧を変化させていきます。

2本の等圧線の中間地点の場合、等圧線から2hPaの差があることになります。

等圧線

  • A地点…1016hPa
  • B地点…1014hPa

高気圧と低気圧の確認問題

  1. 高気圧とはどのようところか。
  2. 高気圧の中心では上昇気流と下降気流のどちらが生じているか。
  3. 高気圧と低気圧のどちらが天気が悪いか。
  4. 地表では風は高気圧と低気圧のどちらからどちらに吹いているか。
  5. 気圧の等しい地点を結んだ線を何というか。
  6. 5は何hPaごとに引かれるか。
  7. 5の間隔がせまいところほど風はどうなっているか。

解答

  1. まわりよりも気圧が高いところ。
  2. 下降気流
  3. 低気圧
  4. 高気圧から低気圧
  5. 等圧線
  6. 4hPa
  7. 強い

【練習問題❶】雲のでき方

問題下図のような装置をつくり、丸底フラスコに少量の水と線香の煙を入れ、大型の注射器のピストンをすばやく押したり引いたりして、フラスコの中のようすを観察した。次の各問いに答えよ。

雲のでき方

(1)ピストンをすばやく引くと、フラスコ内が白くくもった。このときフラスコ内に何が生じているか。

(2)フラスコの中に少量の水を入れる理由を答えよ。

(3)フラスコの中に線香の煙を入れる理由を答えよ。

(4)ピストンを強く引いたときどのような変化が生じているか。次の文の( )に適する語を記入せよ。

ピストンをすばやく引くと、フラスコ内の気圧が( ① )り、空気が( ② )し、気温が( ③ )って( ④ )に達し、水蒸気が( ⑤ )し、水滴になって現れる。

(5)この実験と同じような原理で自然界でも雲ができる。自然界で雲ができるには上昇気流と下降気流のどちらが生じないといけないとわかるか。

(6)この後、ピストンを強く押すと、フラスコ内にはどのような変化が生じるか。

【解答・解説❶】雲のでき方

(1)水滴(水)
ガラスなどが白くくもっているとき、水蒸気が凝結して水滴がついています。

白くなるシリーズ!・石灰水が白くにごった→二酸化炭素が発生した!
・ガラスが白くくもった→水滴が生じた!

(2)フラスコ内の湿度をあげるため。
水蒸気を補い、ある程度湿度が高い状態にしないと雲ができません。

(3)水蒸気が水滴になるときの凝結核をつくるため。
水蒸気が凝結し、水滴になるには、水滴ができる中心(凝結核)が必要です。

(4)①下が ②膨張 ③下が ④露点 ⑤凝結
気圧が下がる→空気が膨張する→気温が下がる→露点に達する→水蒸気が凝結し水滴になる。

雲のでき方ピストンを強く引くと…
❶フラスコ内の気圧下がる
❷フラスコ内の空気膨張する。(空気の体積が大きくなる)
❸フラスコ内の気温下がる
❹フラスコ内の温度が露点に達する。
水蒸気水滴(雲)に変わる。

(5)上昇気流
気圧が下がるためには、空気が上昇しないといけません。なので、上昇気流が生じているところでは雲が多く発生します。

自然界での雲のでき方自然界での雲のでき方

(6)くもりが消える。
ピストンを強く押すと、気圧が上昇して空気が圧縮され、気温が上昇して水滴が水蒸気にかわります。そのため、フラスコ内のくもりが消えるのです。

雲のでき方の基本内容の復習

丸底フラスコを使った雲のでき方を調べる実験は解けたでしょうか。気圧が下がって、空気が膨張し、気温が下がるところがポイントになります。自然界での雲のでき方も含めて、基本知識を整理してみてください。

【練習問題❷】高気圧と低気圧

天気図問題図は、ある日の日本付近の天気図の一部である。これについて、次の各問いに答えなさい。

(1)図にかかれた、同じ時刻で気圧の等しい地点を結んだ線を何というか。

(2)図中の黒い点・の場所の気圧は何hPaか。

(3)気圧が高い場所と、気圧が低い場所では、どちらの方が天気が悪くなることが多いか。

(4)低気圧付近での空気の動きを正しく表しているものはどれか。ア~エから1つ選び、記号を書け。
高気圧と低気圧

【解答・解説❷】高気圧と低気圧

(1)等圧線

空気の重さによる圧力を「大気圧」もしくは「気圧」といいます。同時刻の気圧が等しい地点を結んだ線を等圧線といいます。

(2)1016hPa

気圧は、低気圧から高気圧に向かって高くなり、高気圧から低気圧に向かって低くなっていく来ます。また、等圧線が引かれる間隔は4hPaごとになっています。したがって、図中の黒点の気圧は1020hPaから、低気圧の中心に向かって4hPaごと低くなるので、1016hPaになります。

(3)気圧が低い場所

まわりと比べて気圧が低い場所を「低気圧」といいます。低気圧の中心付近では、上昇気流が生じており、雲ができやすいです。したがって、気圧が低い場所で天気が悪くなる傾向があります。

(4)

高気圧と低気圧での中心付近での空気の流れは次の通りです。

  • 高気圧…下降気流・時計回りにふき出す
  • 低気圧…上昇気流・反時計回りに吹き込む
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