実験１ 自由落下運動（速さ）
2004 6 3（木）
第１理科室
みなさんに問題です。『乾電池と紙では、どちらが先に落ちるでしょう？』予想できた人は下の画像をクリックして下さい。（余談ですが、初めてパラパラ動画を作りました。３時間消費。）
（上：乾電池の上に赤い紙を載せて落します。）
＜本時のねらい＞
乾電池の自由落下運動させ、その記録テープを１／６０秒毎に切断、順に張り付けることで、等加速度で速くなっていることを発見する。
＜授業の流れ＞
１ 演示実験『紙と乾電池の自由落下運動』
上の実験では、乾電池の方が速く落ちました。みなさんは、その理由が分かりますか？乾電池の方が重いからではありませんよ。
理由は空気抵抗の大きさです。もし、紙を小さく丸めて空気抵抗を小さくし、乾電池と同じにすれば同時の落ちます。実際に実験してみましょう。心の準備が出来た人は、下の画像をクリックして下さい。
お疲れ様でした。紙と乾電池が同時に落ちてくることが分かったでしょうか。真空状態なら、紙を丸めなくても同時に落ちます。また、鳥の羽もすとーんと落ちます。
２ 生徒実験『乾電池の自由落下運動』
使い古した乾電池に記録テープをつけて落下させる。
初めの１クラスは、落下した『距離』をグラフ化させようとしたが失敗。記録タイマーの使い方、記録テープの処理の仕方など実験上の問題点が多いだけでなく、数学の授業で二次方程式を学習していないことも発覚。とても無理と判断し、２クラスめから『速さ』をグラフ化させた。
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・ 新しい乾電池に衝撃を与えると液漏れ・発熱などして危険
・ 記録タイマーを６０Ｈｚにセットする
・ 記録テープは、教師が７０ｃｍ程度に切って渡す
＜説明１：実験上の注意＞
「乾電池と記録テープを真直ぐに付けます。これは摩擦を少なくするためですが、その他にいくつか工夫する必要あります。真上からみた時に記録テープが一直線になっていることや、紙テープの中間ではなく上端を持つことなどです。その他にも自分で工夫して下さい。さて、装置をセットしたらボタンを押します。と同時に乾電池を落します。一瞬で終わりです。出来た人は先生に見せて下さい。合格した人から学習プリントに糊づけしますが、勝負は初めの瞬間だけです。失敗した人には、もう１本テープをあげますから、勝手にテープを捨てるのではなく先生に失敗したテープを見せて下さい。
＜説明２：記録テープの処理＞
「できた記録テープは１打点毎に切ります。そして、下端をそろえて順に糊付けします。階段状になります。教科書４１ページに結果がありますので参考にして下さい。」
＜生徒の様子＞
・ 実験は、数分〜１０分で終了する
・ 失敗して、新しい記録テープを使う生徒は３割
→ ２回めのテープは短くして配付する
→ ３回めはもっと短くする（摩擦や誤差を小さくするため）
・ データが揃っているので、処理が楽しそう
３ ある瞬間の速さを求める
ほどんとの生徒の処理が終了したところで、１０本目のテープが落ちた時の瞬間の速さを求めた。
速さ＝距離÷時間
私は、小学校の延長だと思っていたが大失敗。まず、速さ＝距離÷時間を忘れている。次に、自分の１０本目のテープの長さを測定させて、それを距離とするところまでは良いが、距離を１／６０で割れない。まあ、確かに、２．８を１／６０で割るのは難しいかも知れないが、全く分からないようなので私は次のように説明した。
「この記録タイマーは、カタカタカタカタカタカタカタカタって１秒に６０回振動していることは分かる？ いいよね。で、カタの間に２．８ｃｍ落ちたんだから、それは１／６０秒の時間だから、１秒なら何ｃｍ落ちる？ もう１度説明するよ。 １／６０秒で２．８ｃｍ落ちたんだから１秒なら？」
「そうですね。６０倍すれば良いですね。」
４ 本時のまとめ
◎ Ａさんの学習プリント
◎ Ｂさんの学習プリント
＜評価基準＞
１ 自然事象への関心・意欲・態度
Ｂ 自宅から、鋏・のり・短い定規を持参できる
２ 科学的な思考
Ａ 自由落下する物体の加速度は、常に等しいことを指摘できる
Ｂ 記録テープの長さから、運動の速さを求められる
３ 実験・観察の技能・表現
Ａ 記録テープの階段が、原点を通るように処理できる
Ｂ 記録テープを１打点毎に切り、規則的な階段状に添付できる
４ 自然事象についての知識・理解
Ｂ 自由落下する物体の速さは、時間とともに速くなることを理解できる
Ｂ 物体の移動距離と時間から、瞬間の速さを求められる
授業を終えて
美しい実験結果がでるので生徒は満足していた。ただ、１／６０秒の瞬間の速さの理解度は低いので、次回は６／６０秒（０．１秒）にしよう。
地球の重力加速度（ｇ）＝ 9.80665 ｍ／秒／秒
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導入 運動とは何か？ |
実験２ 自由落下運動（距離） |