このページは、Mr.Taka 中学校理科の授業記録＞ 3年（2018年度）です |
第５時
実験５ 斜面を滑り落ちる台車2018 4 25（水）
第３学習室 ※ 理科室を譲ったためはじめに
本格的な実験です。今回は教室後方にスペースがある学習室を使いました。記録タイマーをつなぐ電源コンセントがないので、延長リールやコードを準備するのは不便でしたが、実験器具の斜面の設置は簡単でした。床は木のフローリングなので、子どもたちは床に座り、リラックスして実験することができていました。
上：斜面を滑り落ちる台車の実験をする様子関連ページ
『実験３ 斜面を滑り落ちる台車（等速直線運動）2004年度』
『実験４ 斜面を滑り落ちる台車（テスト）2004年度』
『物体に働く２つの力（平行四辺形を作図して合力を求める）2004年度』
『斜面上の物体に働く重力を分解する2004年度』
『物体が斜面上を滑り落ちようとする力2004年度』
本時の目標
・斜面を滑り落ちる台車のようすを、記録テープに記録する
・記録テープを6打点ごとに切り、グラフにする
・グラフが速さの変化を表すことを理解する
・斜面の角度を変え、同じ実験を行う
・急な斜面ほどグラフが急になることを理解する
・各グラフ（６打点ごと）の速さを求める準 備
生 徒 教 師
- 教科書
- 理科便覧
- ファイル
- はさみ
- のり
- 定規
- 本日の学習プリント（１ /人）
- 斜面（１ /班）
- 台車（１ /班）
- 記録タイマー（１ /班）
- 記録テープ（１m /人）
- セロハンテープ（１ /班）
授業の流れ
（１）本時の授業内容の紹介 （１分）
「今日は、斜面と台車と記録タイマーと記録テープを使った実験をします。早くできた班は、斜面の角度を変えて２回実験することができます。手際の良い人は、ぜひ、斜面の角度を変えた実験もしてください」（２）斜面を滑り落ちる台車によってできる記録テープ （５分）
「斜面を滑り落ちる台車は加速していきますから、記録テープの打点の間隔はどうなるかというと、だんだん・・・、だんだんどうなりますか？ ・・・そうですね。だんだん、広くなります。前の時間に練習したように、今日も同じように記録テープを６打点ごとに切り、それを順に貼ってグラフを作ります。すると、右肩あがりの階段状のグラフができます。前回と違うことろは、斜面の角度が一定なので、美しい一直線のグラフができることです。失敗するとしたら、それはスタートのところだけです。スイッチを押す前に台車を動かしてしまうと、はじめの記録を失ってしまいます。スタートで台車がひかかっていると、はじめの記録がだらだらして原点を通らなくなります。このようにスタートは失敗しやすいのですが、台車がいったんスタートしてしまえば、後は斜面の横にぶつかったり台車が横から落下したりしない限り、完璧な直線が得られると思います」「これができたら、斜面の角度を変えます。前よりも急な斜面にしてみましょう。すると、台車は前よりも加速しますから、グラフは前よりも、・・・前よりもどうなります？ ・・・そうですね。急なグラフになります。もう少し正確にいうと、グラフの傾きが大きくなります」
上：なだらかな斜面と急な斜面を滑り落ちる台車の記録グラフを分析するための赤線
上図のグラフの赤線は、次の手順で示します。
（１）各テープの中央に赤点を打つ
（２）赤点を１本の直線で結ぶように書く
（３）赤線は、原点を通るこのような赤線を引くためには、各テープの高さ（長さ）を正確に書いておく必要があります。それぞれのテープが同じ長さずつ長くなっていくことはわかると思いますが、ポイントは１本目の長さです。これは、長くなっていく幅の1/2になります。つまり、１本目のテープの長さを0.5、２本目は1.5、３本目は2.5、４本目は3.5、のようにします。これを正しく板書できていないと、赤線は原点を通らなくなります。
理解できなかった先生のために、別解説をしますと、テープの長さは１本目から順に、 １、３、５、７・・・、のようになります。
それでもわからない人は、上図グラフをの各テープの増え幅、および、１本目のテープの幅をじっとみてください。各テープの増え幅：１本目のテープの幅＝２：１、になっています。
（３）データ処理の方法 （３分）
前時に、記録テープの練習ができているので、今日はごく簡単な確認で大丈夫です。ポイントはスタートです。スタートはテープを切るときの基準＝『０打点め』となることを確認します。
上： データ処理の方法を確認するための板書（４）斜面の設置 ＆ 台車の転がし方の説明 （５分）
斜面の設置方法については、各学校にある斜面によって違います。購入したメーカーの説明書をよく読み、正しく設置してください。本校にある斜面は、斜度を５度、10度、15度の３段階に変更できるものでしたが、利用時からネジが緩みはじめ、初年度でいくつかを紛失しました。私は、斜面の補修に２時間ほど時間を使いましたが、安い斜面ではなかったので、とほとです。
台車に関する注意点
・台車の上に乗って遊ばないこと
・斜面を滑り終えた台車を、壁に激突させないこと
・斜面を滑らせる前に、近くの班にも声をかけてぶつからないようにすること記録テープに関する注意点
・失敗してやり直す場合、前より短いテープになることテスト走行について
・斜面を設置したら、何度か台車を転がしてテスト走行をすること記録タイマーの設置方法
・記録タイマーは斜面上に固定するか、誰かが確実に抑えること
・斜面に対して平行に固定することスタートを成功させる方法
・台車は手で持たないこと
・台車にとりつけた記録テープの末端をもつこと
・記録テープは、斜面と平行、まっすぐになるようにすること
・テープの長さは、斜面よりやや短いもの、になること
・記録タイマーのスイッチを押してから、テープの末端を離すこと
上：記録テープの末端を持つ生徒その他の注意
・自分の記録テープは自己責任となるので、自分で持ち、自分で離すこと
・記録タイマーのスイッチは押し続けること
・記録テープの処理は、各自で行う
上：実験のポイントをまとめた板書（５）生徒実験：斜面を滑り落ちる台車 （10分〜20分）
十分な説明をしておけば、子どもたちは教え合いながら楽しく実験を進めることができます。
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記録タイマーに記録テープを通してから、テープを台車に固定する。順序を逆にすると、記録タイマーの接点が壊れるので注意すること。 ↓ 記録タイマーはセロハンテープで固定されているが、位置が良くようにみえす。斜面中央になっていない。しかし、その後の台車の様子をみると、斜面の壁面に接触してないので、問題はない。
↓ 運動を始めた台車 ↓ その後の台車 （６）記録テープの処理 （10分〜20分）
全員の記録が取れた班から、各自の机へもどり、記録テープの処理を始めさせます。
上：テープの処理方法について解説するための板書
上：６打点ごとに切ったテープに、糊をつける生徒データ処理が速い班、生徒への対応
実験がはやい班と遅い班は、15分以上の開きが出ます。さらに、データ処理の早い生徒は、すぐにテープを階段状に貼り付け終えてしまうので、斜面の角度を変えて２回目の実験をさせても良いでしょう。（７）記録テープの分析、考察 （５分）
１回目の 台車の実験が終わったタイミングを見計らって、記録テープの分析方法を紹介します。２回目の実験をしている生徒は席に戻らせます。下図は、階段状に貼りつけられた記録テープです。一見、よくできているように見えますが、本当によいデータなのか分析する必要があります。以下に、分析方法を４段階で解説します。
ステップ１：各テープの中央に赤い点を打つ↓
ステップ２：テープ後半に着目し、定規を置く↓
上： 定規を正しく置いたもの
後半の赤点について、平均的に通るように定規をおく。この時、すべての点を通る必要はないこと、各点を結ぶ折れ線グラフにしてはいけないこと、を教える。↓ ステップ３：定規にそって、赤線を引く
↓
上：直線を正しく引いたもの考察方法（その１）
上のグラフの赤線を見てください。原点を通っていません。これは、スタートがよくなかったことを示しています。一見すると、一番はじめのテープを破棄すれば原点を通るように見えますが、実は違います。はじめの部分をよく見てください。はじめから５つ６つめのテープです。よく見ると、この部分の速度変化（階段の上り方）が少なくなっています。つまり、この部分で台車が壁面にぶつかったりテープがひっかかったりするなど、何らかのトラブルがあったことがわかります。考察方法（その２）
下のグラフの赤線を見てください。完璧です。素晴らしい実験をした結果です。この生徒は、各テープの平均の速さも求めています。
上：各テープの平均の速さを求めたもの考察方法（その３）
下の写真には、２つのグラフがあります。上段はゆるやかな斜面、下段は急な斜面です。とくに注目してほしいポイントは、急な斜面のデータに関する考察です。下の写真のさらに下に、その考察があります。
上：上段はゆるやかな斜面、下段は急な斜面考察方法（その４）
この生徒は、赤線を書くことで、基準（０）の取り方を間違えていたことに気づくことができました。ただし、よーく見ると、この生徒はテープの切り方も間違えています。正しくは、打点の中央を切ります。この生徒は各打点がなくなってしまわないように、少しずつ上で切っています。
上：基準（０）の取り方の間違いに気づいた生徒（７）本時の感想、考察 （５分）
斜面後半はかんたんに美しい階段状のグラフができますが、前半は注意深さが必要です。たとえ実験が失敗していたとしても、失敗した原因を指摘することができれば、科学的思考力に高いポイントをつけることができます。＝＝＝ 本時の板書 ＝＝＝
授業を終えて
床に座って実験できたので、いつもアットホームな感じになりました。また、実験とデータ処理の場所を別々にできたので、それぞれ集中してできたと思います。結果として、理科室よりも良かったと思います。また、半数以上の班が１つの斜面しかできなかったので、次の時間も同じ実験を行うことにしました。
上：学習室の後ろで実験をする生徒たち
上：実験を終えて机へもどり、テープを処理する生徒たち関連ページ
『導入 運動とは何か？（記録タイマーの基本操作）2004年度』
『実験３ 斜面を滑り落ちる台車（等速直線運動）2004年度』
『実験４ 斜面を滑り落ちる台車（テスト）2004年度』
『物体に働く２つの力（平行四辺形を作図して合力を求める）2004年度』
『斜面上の物体に働く重力を分解する2004年度』
『物体が斜面上を滑り落ちようとする力2004年度』実践ビジュアル教科書『中学理科の物理学』
第３章
ニュートンの運動の３法則自由落下運動 p.52 斜面を滑り落ちる台車 p.58
第４時 ←
実習4 記録タイマーで
速さを測ろう！
→ 第６時
実験5-2 斜面を
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