第３章仕事とエネルギー�H（生徒実験：力学的エネルギー保存の法則）

１．導入

前回，力学的エネルギー保存の法則を学習しました。 そのあと，振り子の問題を解きました。 今日はその振り子を使って，力学的エネルギー保存の法則が本当にあっているのか， 実験で確かめてみたいと思います。

２．生徒実験：力学的エネルギー保存の法則

※参考･･･物理教育研究会主催　授業に役立つ基礎実験講座

さて，内容は理解しましたか？

生徒の予想

※もうひとクラスは，時間の関係で先に例題７，８を 教え合いで行った。その分，正確に予想できている生徒も増えたし， 少なくともエネルギーの観点から説明しようとする傾向が強まった。
ちなみに，ルート関数型･･･8人，正比例型･･･17人，放物線型･･･17人

では理由を聞いてみましょう。
Y君：「やっぱり，違います。」
どうしてそう思った？
Y君：「高さが０だったら，動かないから。」
そうだね，それは動かないね。オーケー。
H君：「遠いところにある方が加速度が大きくて，近いと加速度が小さい？」
おー！そんな意見が出てくるなんて思ってもいなかった！
ちなみに，なんで加速度が大きいの？
H君：「重力は変わらなくて，張力の方向が変わるから。」
こういうこと？
H君：「まあそんな感じで」
でも，なんでそれでこのグラフになるの？
H君：「それはまあなんとなく。」
N君：「なんとなく。グラフっぽいから。」
グラフっぽいって･･･。
N君：「なんか。だんだんグーッと速くなるような･･･」
I君：「H君の意見が正しいような･･･だからいまは理由が見つからない。」
K君：（I君の隣で）「重力は一定だから，比例するのかな？」
なるほど。オーケーです。

プリント回収してわかったその他の生徒の予想理由

正比例型
・重力による位置エネルギーには2次式が出てこないので，2次関数にはならない。
・高さが2倍になると位置エネルギーも2倍になるから。
・高いほど速くなる。
・高いほど重力加速度が長く加わるから。
・加速度が等しいから。

放物線型
・運動エネルギーは1/2mv²だから。
・高さが高いほど加速し続けるから。

ルート関数型
・1/2mv²でエネルギーが生じるから。
・勘。

では，実際にやってみましょう！

はじめ，木片の上にぴったりにくるようにセット。

そして，木片の上からおもりの下までを「はじめの高さ」とする

ビースピを通過する速さを測定。 しかし，ビースピに衝突してしまうことが多い！

３．実験結果とまとめ

生徒の結果

このように，H君です！

では，理論値を計算してください。 力学的エネルギー保存の法則を利用してください。 前回例題でやったのと同じだよ。

生徒：「わかんないわかんない」
班で相談していいぞ！

では，時間になってしまったので， 明日計算をして感想を書いて提出してください。 次回まとめを行います。

生徒の感想

はじめのクラス
・理論値と結構近い値になっていた。
・理論値とは何かよくわからない。
・なんでこんな形のグラフになるのかわからない。
・はじめてみるタイプのグラフだった。
・予想が当たって嬉しかった。
・いつも予想が当たらなくて悲しい。
・楽しかった。
・計算が難しかった。
・まさかH君の予想が当たるとは思わなかった。
・おもりを通過させるのが難しかった。
あとのクラス
・いままで当てずっぽうで予想していたが，式を立ててグラフを予想するのは， 楽しいなと思った。
・グラフの方程式が知りたい。
・力学的エネルギー保存の法則はあっていた。
・なぜこのような形のグラフになるか余りよくわからない。
・理論値を求めるのが難しかった。
・式で考えると質量に関係ないことがわかるが，質量に関係ないというのが 理解しにくかった。物理は我々の直感と違うということを改めて思い知らされた。
・空気抵抗などがあるはずなのに実験結果が理論値よりも大きくて変だと思った。

授業を終えて。。。
・本日朝小テストをやる。弾性エネルギー＋位置エネルギーが運動エネルギーに変わる問題だが， 保存則を聞いているのではなく，それぞれのエネルギーを聞いただけ。 しかし，散々たる結果。勉強不足。練習が足りないのはわかっている。 そうだけど，小テストをやるっていったら勉強してきてほしい。 式が覚えられない。値をごちゃ混ぜで代入している。 詰め込まなくてはいけないのか？
・しかし，予想のところで加速度という概念が出てきたことは嬉しい誤算。 そんなところを考えられるようになったのは素晴らしい！ どこまで理解して発言したかはわからないが， 合力と加速度を考えていたことはとてもいい。
・実験自体は今回も楽しんでくれたし，予想するところはよく考えていた。 ただ，ビースピに衝突しすぎている。衝撃でビースピの表示がとぶことが何回かあった。 板に高さの線を書いて貼るなど工夫が必要か？でもそれは手を貸しすぎている？
・しかし，実験のまとめが書けない。そして，2次関数だと思っている。 と思っていたら，そうか， ルートの関数は高校3年生の範囲か！書けているものが何人かいたのは 逆に驚き。
・理論値の計算をみていると，毎回力学的エネルギー保存則の式を立てている。 ここで，質量には関係ないこと，ルートの関数になることを学習できればと思う。
・もう一クラスをやってみて感じたことは，「力学的エネルギー保存の法則を 完全に理解していないと検証にはならない」ということだ。 あとのクラスは例題を2題先にやっており，予想の段階で的確に説明できるものがいたし， エネルギーの観点から説明しようとしていた（逆に，はじめのクラスは 力から考えようとする傾向が強かった）。
・次回行うときには，予想→理論値の計算→文字式での計算→実験→質量依存性という 流れで進めてみようと思う。今回のように， 理論値をあとで計算し，文字式も理解していない段階で実験をすると， グラフの形が同じになることよりも，細かい実験のずれにばかり目がいっていたように思う。

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