本時の目標 |
準 備
| 生 徒 | 教 師 |
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授業の流れ
（１） 本時の授業内容の紹介 （３分）
「今日の学習プリントのタイトルを読んでみましょう。実験20、何、と書いてありますか？ ・・・ その通り、浮力の大きさと書いてありますね。物体を水の中に入れると軽くなるのは知っていると思いますが、水の中に入れたときに発生する上向きの力を浮力といいます。
えっ、水に入れると軽くなることを知らないって！ ちょっと待って！ 知らない人は手を挙げてください。意外にたくさんいますね。じゃあ、プールに入ると浮きますか、沈みますか。全員に質問です。浮く人？ ・・・ 沈む人？ ・・・ どちらにも手が挙りましたが、沈む人は空気を思いっきり吸ってからプールに入ってください。ぷかーん、と浮きます。逆に、浮く人は肺の中の空気を全部出してください。沈みます。人の体の70％は水なので、肺の中にある空気の量で浮いたり沈んだりします。潜水するときは、空気がない方が沈みますが、すぐに苦しくなります。ということで、君の体重とは関係なく、プールの中では体重がなくなります。自分の体重とほぼ同じ大きさの浮力が発生するからです。
さて、今日の授業は学習プリントの左ページで浮力の理論をまとめ、右ページで実験してもらいます。理論どおりになるか、実験で調べてもらいますが、なかなか理想的なデータはとれないので、しっかり左ページで学習しましょう。左ページでまとめるときの値は、できるだけ簡単な数字にします。簡単な数字を決めることができれば、浮力は簡単にわかります。逆に、簡単な数字を決めることができる人は、よく理解している証拠になるので、できるだけ簡単な値をみんなで考えてましょう。簡単な値で、簡単な計算をして、全員正解にしましょう。」
上：Ｐ君の学習プリント
（２） 物体を水に沈めたとき、小さくなるばねばかりの値 （12分）
下図のように、Ａ〜Ｄを印刷しておきます。物体の質量は変わりませんが、水に入れると『ばねばかりの値』が小さくなります。浮力が発生するからです。『浮力＝水中に沈めた物体の体積』という関係は、具体的な数値を入れることで明確になります。
上：あらかじめ印刷しておいた４つの図上図のポイント
１ 物体の質量は変わらない
２ Ａは初めの状態
３ Ｂは半分、ＣとＤは全て水中に沈めた状態
４ ばねばかりの数値は授業現場で決める
※ 予定はＡ：100g重（１Ｎ）、Ｂ：80g（0.8Ｎ）、Ｃ：60g（0.6Ｎ）「Ａのばねばかりはいくつにしますか？ ・・・ １Ｎ（ニュートン）、大変よろしい！ 単純明快で良いと思います。それを採用します。では、ばねばかりに１Ｎと書いてください。そして、１Ｎの重力がはたらく物体の質量g（グラム）も記入しましょう。１Ｎは何g ？ ・・・ その通り、100gです。」
「次に、Ｂの値を決めます。いくつにしますか？ ・・・ ええっ、２Ｎ？？ それは絶対にあり得ません。みなさんどうしてかわかりますか。 ・・・ そうですね。水の中に入れると軽くなるからです。１Ｎより小さくしてくださいよ。それから、Ｎを使うと分りにくい人がいるので、gを使うことにしましょう。ばねばかりの単位はＮですが、今日は質量の単位gだけを書くことにします。Ｎにしたい人は、後から1/100にしてください。
では、100gより小さな値を募集しますが、Ｂを良く見てください。半分だけ水に入っています。次のＣは全部水に入っています。Ｄはさらに深く入っています。この図の流れを見て、良い感じの数字を考えてください。良い感じの数字で、良い感じの問題にできる人は、浮力の大きさを正しく予想できている人です。
Ｂの値をいくつにしますか？ ・・・ 80g、75g、50g、いろいろ出てきましたが、どれでも悪くありませんが、ここは先生に任せてもらえますか。先生のセンスと同じ人は、80gです。75gでも良いのですが、計算が少しだけ難しくなるので、より簡単な80gを採用します。50は、全部沈めたときに若干分りにくいことになるので良くありません。」
「Ｃの値は、ちょっと考えるだけで出てきます。Ａ100g、Ｂ80gなら、Ｃの値は決定です。Ｃは何g ですか。これが正解の人は、今日の授業は半分終ったようなものです。早いけれど、浮力について分かってしまっかのですから、お終いです。さあ、Ｃは何g ですか。考える時間を１分差し上げます。
では、答えが分かった人？ ・・・なるほど、60gですか。60gに賛成する人は手を挙げてください。 ・・・ 15人ぐらいいますね。その人は正解！ すばらしいです。さらに正解者のうち、Ｃが60gになる理由をみんなに説明できる人はいますか。 ・・・ では、Ｑ君お願いします。
上：Ｂは半分で20g軽くなったことを指摘するＱ君（中略）・・・ Ｑ君の説明を確認しますと、半分で20gだから、全部で40gになるわけです。したがって、100g- 40g ＝ 60g、答えは60g です。」
「ここで、ＢとＣの浮力の大きさを図にしましょう。浮力は水に入った部分によって発生したのですから、水に入っている部分だけに色を塗ります。そして、同じ色で上向きの力、浮力を矢印で書きますが、ＢとＣは長さが２倍違います。よろしくね！
それから、できる人は『矢印の始まりの点』、作用点にもこだわってください。水にはいった部分の中央、色を中央に小さな点を打ち、そこから矢印を書いてください。」
上：ここまでの板書例「いよいよ最後の問題です。Ｄは何gになるでしょう。Ｄは、Ｃより２倍沈めたことにします。答えは、60g、40gのどちかです。全員に答えてもらいます。考える時間は30秒。
・・・（中略）・・・ＢとＣでわかったように、浮力は水に入った体積によって決まります。つまり、深さとは関係ないので、正解は60g。Ｃと同じです。」
上：ここまでの板書例
（３） アルキメデスの原理 （7分）
（２）の思考実験の結果をまとめることで、アルキメデスの原理を導きます。
上：穴埋め問題形式にしたまとめを完成させる生徒（クリックすると、まとめの完成）その後、違う色のチョークで体積を記入して、アルキメデスの原理の完成です。ただし、言葉では正しく説明しましたが、黒板に記述した内容はちょっと違うので、正しくはこのページの冒頭にあるアルキメデスの原理をご覧ください。
上：他クラスの板書
（４） 生徒によるアルキメデスの原理の検証実験 （25分）
ここから授業後半、実験を始めます。プリントのまとめが終った生徒から準備を始めます。準備する器具は、終った生徒の顔を見ながら指示します。準備を始めてから約３分で、ほぼ全員完了します。そろったところで、実験手順を説明します。ポイントは、左ページＡ〜Ｄと右ページＡ〜Ｄが対応していることです。
実験手順の説明のポイント
１ 測定する物質（物体）は３種類、６個浮力を測定する６つの物体
１ アルミニウム（大）
２ アルミニウム（小
３ 塩化ビニール（大）
４ 塩化ビニール（小）
５ 木 （大）
６ 木 （小）
上：浮力を測定する６つの物体２ 物体（直方体）の体積は３辺の長さをかければ良い
・体積は『実験装置の解説書』に書いてあった（ラッキー！）
・大：40cm3、小：20cm3
・体積をメスシリンダーで測定することはお勧めしない。誤差が大きく、結果が面白くないからである。とくに、今回のように体積が分かっている場合は、浮力の測定に専念すべきである。ばねばかりによる測定は、意外に大きな誤差が出る。一般に、目盛りがある測定器具は目盛りの1/10まで読むことになっているが、ばねばかりそのものの誤差が大きい。親切なものは誤差を表示してあるので確認すること。３ 物体にはたらく重力（g重、Ｎ）を測定する
・ばねばかりの単位としてg重を使えば問題ないが、今はＮを使わなければいけないので、力Ｎと質量g を並記した。理解度が低い子どもが多い場合は、質量g だけを使うべきだろう。最後にg をＮにすれば良い。
上：６つの物体にはたらく重力の大きさを測定する生徒達
上：目の高さで値を読む生徒
ばねばかり上部の丸い輪をつまむようにして持てば、ばねばかりが鉛直になり、より正確になるが、上の生徒は問題ないだろう。それより、ゼロ点調節の方が大切。４ ばねばかりの目盛りの単位に注意する
これが最大の問題点です。古いばねばかりの単位はg重（重力単位系）ですが、最近はＮ（国際単位系）になっています。Ｎだけなら何とかなりますが、写真下のようにg重とＮが並記してあるものは、その意味を説明しなければなりません。御丁寧に100g重＝１Ｎではなく、100g重＝0.98Ｎとなっているものは本当に困ります。さらに、gとＮが並記してあるものは完全な『間違い品』です。質量（g）と力（g重、Ｎ）の区別ができていないものは処分するべきでしょう。
上：Ｎとg重を並記したばねばかり
上：黒板右半分を消し、測定データの記録方法を説明する５ 入水前の状態（Ａ）の測定を終えたら、自由に実験開始
１〜４で調べたことは、物体の体積（cm３）と重さ（g重、ここでは質量g になっていますが）です。浮力の大きさを測定する上で大切なことは、この初めの体積と重さをはっきりさせることなので、しっかり確認しましょう。下図は、入水前（Ａ）の体積を全て記入し、さらに、初めの重さと全部沈めたときの重さから、浮力を求めています。なお、半分沈めた状態（Ｄ）は斜線とし、測定しませんでした。
上：体積は大40cm3、小20cm3。浮力の計算式は、はじめ（g）-全部（g）＝浮力（g）。
※浮力の単位は（g重、Ｎ）なので、例えば、アルミ大40cm3は「質量40gにはたらく重力と同じ大きさの浮力が生じる」と説明すること。
上：ビーカーに物体を沈めて何g軽くなったか調べる生徒
上：ビーカーに物体を半分だけ沈めて何g軽くなったか調べる生徒（掲載許可取得中）
上：違うものを量っても良いです！
（５） 実験結果の考察、後片付け （10分）
上：Ａ君の学習プリント
上：Ｂさんの学習プリント
上：Ｃ君の学習プリント