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.
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)
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
実験20 浮力の大きさ(アルキメデスの原理) |
実験22 大気による圧力 |