第３章仕事とエネルギー⑦（生徒実験：位置エネルギー）
１．導入
前回は練習問題を解いた後，いろいろなエネルギーを紹介しました。 そのなかで，重力による位置エネルギーと弾性力による位置エネルギーというのがありました。 今日はそれが何によって変わるか，実験をしてみていきましょう。
２．実験１の予想
まず重力による位置エネルギーですが，次のような実験を行います。
はじめに小球を放す高さを変えると，プラ片の移動距離はどのように変わるでしょうか？ つまり，横軸を高さ，縦軸を移動距離にすると，どのようなグラフになりますか？
また，同じ高さで，球の種類を変えて（つまり質量を変えて）測定する。 このとき移動距離は，横軸を質量にすると，どのようなグラフになるでしょうか？
生徒の予想です。
３．実験１：重力による位置エネルギー
では，はじめ！
測定が終わったところはグラフを書いてみてください。
４．実験２：弾性力による位置エネルギー
もうひとつ。鉛筆とばねがありますが， ばねを縮めて放すと飛びます。この最高点の高さは，横軸をばねの伸びにすると， どのようなグラフになるでしょうか？
※プラスチックばねを1cm（11巻）で切り，
ちょっと曲げて引っかかるようにしています。
鉛筆には1cmごとに線を引いたシールを貼りました。
高さの測定は，1m定規を鉛筆の上が0cmになるようにセットし，
動体視力で測ります。
※参考･･･物理教育研究会「高校物理の授業に役立つ基本実験講習会」
生徒の予想：
では，実際にやってみてください。
※4cm，5cmは絶対に1mより高く飛ぶので， 測定できない！
５．実験結果とまとめ
生徒の実験１の結果：
では，実験１からわかったことをまとめてください。
実験１から，プラ片の移動距離は，高さと質量に比例する ことがわかります。
生徒の実験２の結果：
また，実験２からは，ばねの最高点は，ばねの伸びの2乗に 比例するように見えます。
６．まとめ
このように，プラ片の移動距離は，質量，高さに比例します。 運動エネルギーで行ったように，はじめのエネルギーが｜摩擦力のした仕事｜に変わっています。 摩擦力は一定であるとすると，重力の位置エネルギーはプラ片の移動距離に比例します。 つまり，重力の位置エネルギーは，質量，高さに比例します。
また，だいたいではありますが，弾性力による位置エネルギーは ばねの伸びの2乗に比例することがわかったでしょう。
では，感想・疑問を書いて提出してください。次回この辺をまとめます。
生徒の感想・疑問
・たった1cmのちがいでこんなに飛んだ高さに違いが出るなんて，おどろいた。
・弾性力によるエネルギーはすごいと思った。
・弾性力（による位置エネルギー）と重力（による位置エネルギー）では関係が違うのはなぜか。
・実験１が比例関係で，実験２が2次関数になる理由がわからない。
・遊び半分になったが，しっかり実験もできてよかった。
・予想が当たってよかった。
・予想がことごとく外れて残念だった。
・面白かった。楽しかった。
授業を終えて。。。
・プラスチックばねは，11巻で1cmになります。
そして，伸びを3cmにするとおよそ1m。伸びを4cmにすると測定できません。
わかってほしいことは，比例ではないってこと。これで急激に変化していることがわかるかと
期待しています。
・重力の位置エネルギーですが，この実験では正確には質量に比例するグラフは得られません。
衝突の際に質量依存性がでてしまいます（はね返り係数が１でもです）。
ゲートを外せば良さそうですが，そうしても最大静止摩擦力の関係でうまくいきません
（むしろ数値的には不安定になります）。
もっといい実験があればいいのですが，中学生には十分だと考えました。
・生徒の感想では，ばねの実験は面白かったようです。
ビョンビョン飛ばして遊んでいました！
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