第３章仕事とエネルギー�@（生徒実験：仕事の原理）

１．導入

さて，3学期になりました。今学期は「仕事とエネルギー」という範囲になります。 内容としては，2学期から続いて，物体の速さや移動距離ということを扱います。 恐れることはありません。むしろ，2学期の方が難しいかもしれません。 よく考えて，意見を言って，理解していってください。

２．生徒実験：仕事の原理

学期はじめにいきなり実験室に来てもらいました。 いきなり実験を行います！

やることは同じです。「1kgの台車を10cm持ち上げる」！これだけ。 ただし，次の４つの方法で比較してもらいます。

ここで，測定するのは２つ。台車を持ち上げるのにどれだけの力が必要かということ。 そして，台車を10cm上昇させるのに手をどれだけ動かさなければならないか。

力はバネばかりを見ればわかります。
手の移動距離は，どこでもいいのですが，バネばかりのフックの先端にしておきましょうか。 そこがどれだけ移動するか計測してください。

※ここで，次のプリントを見せながら， １つずつどうやるのか簡単に説明を加えた。

手を挙げてみてください。
方法�@（定滑車）：　０人
方法�A（動滑車）：１７人
方法�B（斜面）　：　４人
方法�C（てこ）　：２１人
どれもかわらない：　０人

※ここで「どれが楽か」と聞いたのは， 「楽」ということと「仕事」を次回つなげることの布石である。 生徒は「力が小さい」＝「楽」と考えるのだと思う。 そこの違いを明確にするために聞いておいた。

それでは，やってみましょう！
今回は4つの方法それぞれ4セットあります。 班でローテーションしていきます。 だいたい5分くらいで合図をしますので，次の方法へ進んでいってください。 時間が余っていれば，各自台車を動かしてみてください。 それでははじめ！

セッティング上の注意
・バネはかりは，逆さまにして計測すると約100gくらいゼロ点が変わるので， ２つのばねで上下に引き合わせて，同じ値になるように，ゼロ点補正をした。
・てこなどでバネばかりがテーブルにぶつかる場合は，机の端でやるように注意した。

３．実験のまとめ

一応，結果を確認しておきましょう。
※生徒から測定値を聞いて板書しました。 概ねこういう値になるはずであること，多少の違いは修正しなくて良いが， 大きく違っている場合は赤ペンで修正させました。

では，右ページのグラフを描いてみてください。

次回，プリントを提出してもらいます。

授業を終えて。。。
・はじめてこの実験を行ったが，生徒はどこを見て手の移動距離を測定すればよいのかわからない。 次のクラスでは，「バネばかりのフックの位置に着目して，フックの先端がどれだけ移動するか 測定すること」と伝えたらかなり解消された。 また，プリントで，はじめと後の状態図を入れたこともよかった。
・もっと早く終わって仕事の原理まで説明できるかと思っていた。 次のクラスでも，私が慣れたのでスムーズにはなったが， グラフを描かせるところまでで終わった。
・このように「移動させながら測定する」というものは経験がない。 それを経験させるだけでも意味があるし， 生徒の感想で「定滑車よりも動滑車の方が力が小さいことを実感した」や 「斜面は力が必要だと思っていたが，楽だった」とあるように， 力の大きさ自体を実感させられたのは大きな成果だと思う。
・どれもちょっと計算すればわかる問題であるが，なかなか生徒は予想しない。 ただ実験をこなす。だから，定滑車で10cm持ち上げるとき18cm引っ張ると平気で書いたりする。 ただ，それは経験が少ないだけであると思う。 あとで「当たり前だよね」という経験をすることで学ぶのではないか。
・グラフを描かせると，正比例のグラフを描く者が多数（次回質問が出る）。

・ある生徒が「先生，ばねの０がずれていたので直しましたよ！」と言ってきた。 そんなところに気付いてくれるなんて嬉しい！　 なぜずらしてあるのか説明したら「なるほど〜」と言ってくれた。

・保存力を学習するときに，この実験を考えて理解できると嬉しいな。

実験で気付いたこと・感想・疑問（ただし，回収はこの授業の後で実験の解説や，仕事を定義してからです）
｛力に関して｝
�@力が一定であることがわかった。（多数）
�A同じ質量のものを持ち上げるのときも，方法で必要な力が変わること。
�B定滑車よりも動滑車の方が力が小さいことを実感した。
�Cてこの方が楽だと思っていたが，斜面や動滑車の方が楽で驚いた。
�Dてこは思ったよりも重かった。
�E斜面は力が必要だと思っていたが，楽だった。
�F1kgの台車が思ったより重かった。
�G斜面を使うとき，台車の半分の重さしか手に加わらないというのに驚いた。
�H斜面を傾ければ傾くほど力が必要（方法�@に近づく）なんだと思いました。
�I動滑車と斜面がなぜ同じ結果になるのか。
�Jなぜ動滑車と定滑車で力の大きさが違うのか。
※斜面は大変そうで，てこは楽だという意識があるみたいです。 しかし，てこや斜面も長さや角度を変えると， 力も変化するとわかっているのだろうか心配になった。 （�Hの生徒はわかっているが，�C�E�G�Iの生徒はどうだろうか？）

｛仕事に関して｝
・手が加えた力が弱いほど，力を加える距離が長くなる。
・手が加えた力と距離の積はほぼ等しくなる。
・手が加えた力と距離の積はだいたい１になる。
・斜面はたいへんそうだと思っていたが，仕事は同じで驚いた。
※仕事が１[J]になるのは意図したわけではない。 いつもそうなると思っているだろうか？

｛感想・疑問｝
・グラフにするとわかりやすい。
・難しかったけど，楽しめた。グラフの理由を聞くとなるほど！と思った。
・実験するのが難しかった。
・物理は日常にあふれていると考えてみると面白い。
・どれが効率が良いかは，一概には言えないと思った。
・動滑車が使われているところを知りたい。
・他に物体を持ち上げる方法はどんな方法があるのか。
・物体を移動させている間の力が一定であることにまだ少し疑問がある。
（この生徒に授業後に話をしたところ，運動方程式から合力が０であることもわかっていて， 実験の結果からも一定であることはわかるが，まだ頭の中でもやもやが残ると言っていた。）

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