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23時
実験20　位置エネルギー　　

　　　　　2018　6　12（火）、13（水）
　　　　　第２理科室

はじめに
　市販の実験器による位置エネルギー測定は、単純で良い結果が出ます。誤差の処理、グラフの書き方も練習できる楽しい実験です。１時間、ゆっくり取りくませてください。

関連ページ
『振り子のもつエネルギー（力学的エネルギー）2004年度』
『国際単位系（SI）』

上：位置エネルギーを調べる実験の様子

本時の目標 ・専用の実験器を使い『位置エネルギーと高さ』の関係をグラフにする ・グラフから、位置エネルギーと高さは比例する、ことを確認する ・位置エネルギーと質量は比例する、ことを知る ・位置エネルギー ＝ 質量 × 高さ、を理解する ・１Ｊ＝１N×１m＝１Nm、を理解する

準　備

生　徒	教　師
教科書 理科便覧 ファイル	本日の学習プリント（１ /人） エネルギー実験器（１セット /班）

授業の流れ
（１）本時の授業内容の紹介　（１分）
　「今日は楽しい実験を行います。かなり単純な実験で、良い結果が出ます。美しい５本のグラフができるはずなので楽しみにしていてください。目的は学習プリントのタイトルにある『位置エネルギー』です。初めて聞く言葉だと思いますが、意味は簡単です。位置エネルギーは、高いところにある物体が持つエネルギーです。低いところにあるものを高いところに移動させると、位置エネルギーが大きくなります。（実験用鉄球を手に取り、腕を伸ばして真上に上げて）ほら、大きくなった！　（生徒が「え、なんのこと？」という顔をしたら、鉄球を床や実験台の上に落下させて、大きな音を出して）ほら、高くなると、大きな位置エネルギーになるでしょ！」

（２）実験方法と結果の解説（７分〜10分）
　「それではさっそく、実験をしましょう。高さと位置エネルギーの関係を調べます」

　「Ａ君、実験装置がみんなに見えるように持っていてくれませんか。（Ａ君が持ったら）ありがとうございます。この装置には白いレールがあって、玉を転がせるようになっています。レールは、高さが変えられるようになっています。高さを変える穴が５箇所あります。５cmずつ、５段階に変えられる装置です。・・・とりあえず、高さ10cmにセットしましょう。（レールをセットしながら）こんな感じで、高さ10cmにします」

上：本時の実験装置（ガラス玉を転がし、木片に当てる様子）

　「鉄球は、これ（木片を見せながら）に当たりますが、これって何かわかりますか？　木できできた物です。・・・木の破片なので、木片といいます。レールを転がった玉は木片に当たり、木片を動かします。動いた距離を測ることで、玉のエネルギー、玉の仕事を測定することができるわけです。ポイントは、木片のスタート位置です。スタート地点にピン（上図）を立てますが、このピンがぐらぐらになっている装置が多いので、毎回、しっかり押さえてください。きちんとセットしないと誤差が大きくなり、使いものにならないデータになります」

　「鉄球を転がしてみましょう。（鉄球をレールから転がし、木片に当てる。動いた木片を見て）お、いい感じですね。木片は、ざっと15cm移動したでしょうか。こんな感じで、高さを順に変えれば、移動距離も順に変わっていきますので、それをグラフにしてください」

　「ただし、それだけでは単純すぎるので、この装置には鉄球とあわせて５種類の玉が用意してあります。（玉のセットを見せながら）これです。スレンレス製（鉄球）は大中小の３種類、透明なガラス玉（上図）、それに、白いプラスチックの玉があります。当然、木片の移動距離が変わると思いますので、５種類とも測定してください。５種類 × ５段階の高さ、で合計25回測定することになります」

（３）グラフの書き方（３分）
　「筆記用具を用意してください。グラフを書くための準備をします」

　「横軸はみなさんが変化させる変数『玉を落とす高さ』、単位はcmです。（黒板に、玉を落とす高さ（cm）と板書）縦軸は実験によって求めたれた数値『木片の移動距離』、単位はcmです。（黒板に、玉を落とす高さ（cm）と板書）ただし、木片の移動距離は、玉が木片にした仕事を表していますが、これについては最後のまとめます」

　「（大半の子どもが書き終えたことを確認してから）ここまで書いたら黒板に注目してください。・・・で、どんな結果になるかというと、比例です。高さ５cmよりも10cmの方がたくさん移動しますが、ちょうど２倍になります。15cmは３倍、20cmは４倍、25cmは５倍になります。（下図のように赤い線を板書して）こんな感じです。できたら、玉の名前も書いておいてください。一番よく移動するのは大きなステンレス玉、次に中ぐらいのスレンレス玉、小さいステンレス玉、ガラス玉、一番移動しない・仕事できないのはプラスチック玉、になります」

上：予想される結果を板書したもの

（４）良いデータを出すための説明（３分）
　（３）でグラフの説明をしてから、良いデータを出すためのコツを教えます。

理科の先生へのワンポイントアドバイス 　（２）の実験手順は概要説明、（４）は良いデータづくりを目的としています。（２）と（４）は同時に行うより、２つに分けることで子どもたちの理解度が高くなり、失敗がなくなります。実験中の質問も激減します。 　このように２段階で説明する手法は、どの実験にも使えますので、理科の先生は是非実践してみてください。効果抜群、時間短縮にもなります。

良いデータを出すためのコツ （１）スタートは、定規を使う（下図の左から２枚） → → → （２）ピンを毎回、押さえる （３）木片とピンをピタッ、とさせる （４）データは、毎回グラフに書く （５）データが悪い時は、もう一度やる （６）あるいは、３回やって平均をとる （７）あるいは、何度かやって考える

（５）実験準備（15秒〜２分）
　　「実験始め！」の指示を出す前に、実験装置や器具の場所を知らせます。「本体は理科室の後ろ（指をさしながら）の席、玉セットと木片とピンとレールを固定する棒は（指でさしながら）ここです」子どもたちが動き始めたら、準備に必要なものを板書します。

上：準備するもの一覧（板書）

理科の先生へのワンポイントアドバイス 　先生の話をよく聞いていなっかた子どもは、「先生、◯◯はどこにあるの？」「△△は２つ持っていくのですか？」などと質問しますが、答えてはいけません。万一、説明不足だったとしても、声で追加説明してはいけません。必要なことは『板書』で回答・追加してください。子どもたちの活動を動き始めてすぐに停止させるのは、子どもたちの意欲を削ぐだけです。 　追加説明しなくても良いように、「これで準備できる？」「先生へ質問しなくても実験開始できますか？」と一声かけて、みんながうなずく顔を３秒ほど使って教室中見わたしながら確認して、「始め！」と命じください。

（６）生徒実験　（25分〜30分）
　ここまでの準備がきちんとできれいれば、楽しい実験と美しい結果を楽しむことができます！

上：実験を楽しむ生徒たち

比例するグラフの書き方の解説 　これまでに何度もグラフの書き方を解説していますが、今日も説明します。データを見て『比例』していることが予想される場合は、 原点を通る１本の直線にします。データは正確に打ちますが、各データを結ぶ折れ線グラフにしてはいけません。間違っているものどうしを正確に結ぶ、なんてことはやめましょう。 上：比例するグラフの処理方法

（７）位置エネルギーに関するまとめ　（３分）
　さくっと下図のようにまとめてください。

上：位置エネルギーに関するまとめ

　教科書は『１kg × １m ＝ 10Ｊ』と掲載していたので、私は上図のように追加しました。

（８）本時の感想、考察　（５分）

上：本時の板書

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授業を終えて
　美しい結果に、多くの子どもたちが満足していました！

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実践ビジュアル教科書『中学理科の物理学』

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