振り子のもつエネルギー
―力学的エネルギー―
2004 7 7（水）
各教室
ハンドボールにぐるぐるビニール紐を巻き付け、そこから紐を１本伸ばして天井から吊るせば、巨大振り子の完成です。ボールを行ったり来たりさせ、「はい、みなさん。ボールをしっかり見て下さい。どんなことが分かりますか？」と観察させます。
生徒の中には、「先生、眠くなってきた。」と、瞬時に眠る生徒も出てきますが、本当に寝てしまう前に今日の学習をしましょう。
ところで、下の動画は、振り子の位置エネルギーが運動エネルギーに変わり、振り子がmr. takaの頭を強打するという仕事をする実験です。これは、授業後、私が敬愛する某Ｉ先生に御協力頂いてに撮影した命がけの授業の再演です。
（上：動き始めるまで少々時間が必要かも。画像１２枚を使用）
| 第１限 振り子のもつエネルギー ・ 位置エネルギーと運動エネルギーの紹介 ・ 力学的エネルギー保存の法則（位置Ｅ＋運動Ｅ＝一定）の紹介 ・ 身のまわりにあるいろいろなエネルギーの発見 ・ エネルギー保存の法則の紹介 |
| 第２限 仕事の原理 ・ エネルギーと仕事の関係を考察する ・ 仕事の原理の紹介 ・ 仕事の原理を確かめる |
てなことで、本時の授業（第１限）を初めますが、上の動画は見れましたか。
◎ 授業の流れ
１ 振り子の紹介
ボールにビニール紐を固定するときは、紐は１重に巻きにして、その上からセロハンテープでぐるぐる巻くようにする。多少滅茶苦茶になっても、遠くから見れば問題ありません。また、教室へ運ぶとき、犬を散歩させるようにして引っ張るとファンキーな動きをするので、授業とは全く関係なのですが、「先生、それなに？なに？なに？」と、生徒の興味関心は頂点に達します。
２ 振り子を動かす
何てことありません。天井から吊るして動かすだけですが、教室いっぱいに巨大な振り子が揺れ動くさまを凝視するのは、単純に面白いです。そして、もし、授業時間に余裕があるならニュートンが発見した『振り子の法則』を発見させると良いでしょう。本年度の実践では、２クラスのみ以下のようして授業を展開しました。
→ 振り子の法則を発見させるための実践例
３ エネルギーの紹介
・ 位置エネルギー（高さ）と運動エネルギー（速さ）の２つを紹介する
・ 位置エネルギーと運動エネルギーを合わせて、力学的エネルギーという
（上：Ａ君の学習プリント）
４ エネルギー保存の法則
ここで、振り子の高さに着目して、運動エネルギーと位置エネルギーを数値化します。予め、高さを１０等分した点を学習プリントに印刷しておき、生徒に１０個の振り子を書かせます。そして、１番高い位置にある振り子の位置エネルギーを１０、１番低い位置にある振り子の位置エネルギーを０とさせ、その中間の位置のエネルギーの大きさを順に書かせます。
（上：Ｂさんの学習プリント）
次に、違う色のペンで、運動エネルギーの数値を記入させます。１番高い位置の運動エネルギーは０（一瞬止まります）、１番低い位置の運動エネルギーは１０（最大）となります。そして、その中間の高さにある運動エネルギーを書かせます。
|
すると、運動エネルギーと位置エネルギーを足したものは１０になり、合計が変わらないこと（力学的エネルギー保存の法則）を確認します。 （右：Ｂさんの学習プリント） |
５ エネルギー保存の法則を体感する実験
| その１ 位置エネルギー→ 運動エネルギー → このページで冒頭で紹介したものです その２ 位置エネルギー→ 運動エネルギー → その１と同じです。大きさも同じなります。 |
 |
６ 実際の振り子の運動
|
理想的な状態では、振り子は永久に運動しますが、実際の振り子はやがて止まります。それは、どうしてでしょう。 （右：Ｃさんの学習プリント） |
７ エネルギー保存の法則
最後に、力学的エネルギーに限定されたものから、全エネルギーにまで広げたエネルギー保存の法則を推測させます。
（上：Ｄさんの学習プリント）
◎ Ｅ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
Ａ エネルギー保存の法則の演示実験を、進んで手伝うことができる（ボールが頭に当る）
Ｂ 学習プリントを正確かつ丁寧にまとめられる
２ 科学的な思考
Ｂ エネルギーとは、物体に対して働くことができるものであることを理解できる
３ 実験・観察の技能・表現
Ｂ 振り子の持つ力学的エネルギー（位置エネルギーと運動エネルギー）を数値化できる
４ 自然事象についての知識・理解
Ｂ 力学的エネルギー保存の法則を正しく理解できる
授業を終えて
生徒にとって取りかかりにくいエネルギーを楽しく学習できたと思う。また、振り子の高さを１０等分して位置エネルギーを数値化させることは、エネルギー保存の法則を理解させるのに役立った。実際の授業は、予想より速く展開し、授業時間にゆとりがあったので振り子の運動エネルギーを生徒にも体感してもらいたかった（ボールが頭に当るだけ）が、希望者はなかった。当たり前か！
|
３年１学期の自己評価基準 |
仕事の原理 |