このページは、Mr.Taka　中学校理科の授業記録＞　１年（2012年度）です

第69時
実験21　水圧と浮力の関係を矢印で表す

　　　　　2013　1　9（水）、11（金）
　　　　　理科室

はじめに
　水圧は単位面積あたりにはたらく力、浮力は物体全体にはたらく力です。したがって、単位面積あたりの力を合計すれば、全体の力を求めることができます。わかったようなわからないような話ですが、図示するば一目瞭然です。一緒に考えてみましょう。

　私の目標は、２つの水槽に沈めた物体にはたらく水圧と浮力と図示、全員点検、合格させることです。合格した生徒から順に、前回と同じ実験装置を使って浮力の大きさの測定させます。できる班は、吸盤を使って水槽の底に滑車を固定し、密度１g/cm３より小さい物体（木）の浮力を測定させます。

上：

本時の目標 １　立方体にはたらく水圧を浮力を図示する ２　直方体にはたらく水圧と浮力を図示する ３　水圧と浮力の関係を理解する ４　密度が１g//cm３より小さい物体（木）の浮力を測し、アルキメデスの原理が成り立つことを確かめる

準　備

生　徒	教　師
教科書 理科便覧	本日の学習プリント　（１／人） 浮力 測定用の物体 糸 100g重（１Ｎ）ばねばかり 200g重（２Ｎ）ばねばかり 大型の水槽 浮力測定用 吸盤付き滑車

授業の流れ
（１）　本時の授業内容の紹介　　（１分）
　学習プリントに印刷された２つの水槽内の物体にはたらく水圧と浮力を書きます。１つは立方体、もう１つは直方体です。正しく書けた生徒から順に、前回と同じ実験装置で浮力を測定します。前回は、水に浮いてしまう木の測定ができませんでしたが、今日は吸盤を使って測定します。

（２）　水圧と浮力の確認　　（10分）
　水圧は『深さ』、浮力は『体積』でだけで決まることを確認しました。下図は、３ララスの板書です。

上：Ａ組の板書

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上：Ｂ組の板書

上：Ｃ組の板書（以下の作図１：立方体にはたらく水圧と浮力 を含む）

（３）　作図１：立方体にはたらく水圧と浮力　　（10分）
　作図１は、立方体にはたらく水圧と浮力を図示します。それぞれの色を決めますが、授業では圧力を青、浮力を赤にしました。この色は作図２と統一します。

上：４段階に変えた深さにある立方体

立方体にはたらく水圧と浮力のを図示させる手順とポイント １　水槽の深さの目盛りの単位は１cmであるが、あえて書かない ２　立方体は１辺１cm、単位面積１cm2、体積１cm3する 　→　ただし、単位はあえてかかない ３　立方体は立体であるが、この図は平面 ４　この図では、４つの面（１cm2）について考える ５　４つの面の中央に、ちいさな点を打つ ６　その点に、水の力がはたらくものとする 単位を書かない理由 　１、２で単位を書かないのは生徒の混乱を防ぐためである。国際単位系Ｎを使う限り、混乱は避けられない。ししか、重力単位系g重を使用できるなら、単位を書いた方が良い。生徒はより科学的に素早く理解することができるだろう。この図の結論は、次のようにまとめられる。 面積１cm2 につき１g重の力（圧力） 体積１cm３につき１g重の力（浮力） ７　左端の立方体にはたらく力（圧力）は次の通り 　上面：ゼロ 　側面：物体の中心向き0.5cmの矢印 　　※0.5g重（0.005Ｎ）と書きたいが、あえて単位は省略 　　※この図は左右の側面だけを表しているが、手前面と奥面も同じ 　底面：上向き１cmの矢印 ８　７の矢印（力）を合計したものが浮力（上向きの１cmの矢印） 　　※近い将来、体積１cm３＝浮力１g重、と教えたい！ 　　※1999年度はg重で教えることができました（記録：水圧その２ １年（1999年）） ９　その隣の立方体にはたらく力（圧力）は次の通り 　上面：下向き0.5cm矢印 　側面：物体の中心向き１cm矢印 　底面：上向き1.5cm矢印 10　９の矢印（力）を合計したものが浮力（上向きの１cmの矢印） 11　残り２つの立方体は、同じように考えて書かせる 上：板書例

（４）　作図２：直方体にはたらく水圧と浮力　　（10分）
　作図２は、直方体にはたらく水圧と浮力を図示します。圧力は青、浮力は赤、これらの色は作図１と同じす。

上：縦に入れた直方体と横に入れた直方体

直方体にはたらく水圧と浮力のを図示させる手順とポイント １　単位面積１cm2、の中央に小さな点を打つ ２　その点に、水の力がはたらくものとする ３　縦位置の直方体にはたらく力（圧力） 　上面：下向き0.5cmの矢印 　側面：物体の中心向き１cm、２cm、３cmの矢印 　底面：上向き１cmの矢印 　※この図は左右の側面だけを表しているが、手前面と奥面も同じ 　※側面の力は、すべて打ち消し合う 　※斜向きの力も同じように打ち消し合う ４　３の矢印（力）を合計したものが浮力（上向きの１cmの矢印） ５　横位置の直方体にはたらく力（圧力）は、同じように考えて書かせる

（５）　アルキメデスの原理の再確認
　下図のようにアルキメデスの原理をまとめ直しました。

上：作図１と作図２から、アルキメデスの原理をまとめた板書
『体積１cm3につき、質量１gの水にかかる重力と等しい大きさの浮力が生じる』

（６）　検証実験：木の浮力を測定する　（25分）
　ここから、授業後半へ入ります。前時、測定できなかった木製の物体（大、小）など、６つの物体の浮力を測定します。同じ手順なので、手際良く準備できますが、今回追加される実験装置は、水に浮く『木』を水中に沈ませるための吸盤付き滑車です。

上：水槽の底に固定した滑車に糸をかける様子

実験のポイント １　水をたくさん入れないと、木を沈めるための深さが足りない ２　さらに、滑車を倒せるなら倒して、深さをかせぐ ３　滑車に糸をかけないと、誤差が大きく使えないデータになる ４　ばねばかりを水に濡らして場合は、先生に申し出て乾かしてもらう ５　下に沈ませるための力は、−（マイナス）として記録する 上：測定値を-（マイナス）　　g で記することを示した板書

上：前時の学習プリントに記録された測定結果
（右ページの下から２つめ、木（大）の測定値をみると、初めの重力は18g分、滑車を使って全部沈めたときの力は-22g分なので、18g- (-22g）= 40g分の浮力が発生したことになる。したがって、浮力40g重＝体積40cm3となり、アルキメデスの原理が成り立つ）

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左：縦長の水槽を使った実験（糸をかけるのが難しく、お勧めできない）
右：楽しく正確に実験する様子

上：吸盤付き滑車、糸、水に浮く物体

上：実験装置をセットしている様子

（６）　後片付け、考察　（４分）

上：Ｅ君の学習プリント（左右それぞれのページに記されているＡ、ＡＡは、水圧と不慮うく関係を正しく表した合格印）

上：Ｆ君の学習プリント

授業を終えて
　楽しい作図、および、実験ができました。次の時間は、大気圧を調べます。アルミ缶を使った実験をするので、自宅から持参するように指示しました。できればスクリュー栓のついたアルミ缶、なければ栓付きペットボトルでも構いません。

関連ページ
・水圧その２　１年（1999年）

実践ビジュアル教科書『中学理科の物理学』

第２章　静かな 　　力のつりあい	アルキメデスの原理	p.38、p.39
	よくある重力と浮力の実験	p.40、p.41