高等学校３年 理科/物理(運動量と力学的エネルギー その１)指導案　総合教育センター 用紙は Ａ４ 縦　 １行 91字（半角） １ページ 52行に設定してください。 ---------------------------------------------------------------------------------- 　 　　　　　　　-物--　--理--　--学--　--習--　--指--　--導--　--案- ---------------------------------------------------------------------------------- 　　　授業者 　 岩手県立　総合教育センター 藤　原　忠　雄 １，教科，科目 物理 ３学年　 ４単位 ２，日　　　時 平成２年　　６月２５日（月）２校時 ３，対　　　象 岩手県立大迫高等学校　　第３学年　１７名（男１０、女７） ４，使用教科書　　新訂　精選物理　（東京書籍） ５，単元の指導計画　　 　　　　　 　　　　　　運動量と力学的エネルギー　　　　　　(14) ５，実験レポートの作製　　　　　(１) 　　　　　　１，運動量の定義と保存の法則の実験　(１) ６，力積と運動量の関係　　　　　(１) 　　　　　　２，運動量保存の法則のまとめと演習　(１) ７，仕事と力学的エネルギー (１) 　　　　　　３，簡易タイマーの製作　　　　　　　(４) ８，力学的エネルギー保存の法則 (１) 　　　　　　４，運動量保存の法則に関する自由実験(２) ９，まとめと章末の演習 (２) ６，単元のねらい 　運動量(ＭＶ）は運動の勢い、激しさを表わす量だが、運動エネルギー（ＭＶ2）も運動の勢い、 　　激しさを表わす量である。どちらが正しく運動の様子を表わしているかについて１７世紀に論議さ 　　れたが、運動量は運動を時間という観点からみた量、運動エネルギーは運動を距離という観点から 　　みた量で、どちらも正しいと結論づけられた。 　　　運動量はＭＶで表わされ、運動エネルギーのＭＶ2 に比べて簡単であり、日常の衝突を始めと 　　する物理現象を考えるのに適している。さらに弾性衝突以外では力学的エネルギー保存の法則は成 　　立しないのに対して、運動量保存の法則はどの様な衝突、爆発においても成立する。このように運 　　動量を学習することは大変意義がある。 　　　しかし、現在、運動量と、運動エネルギーを学習する順序は逆で、中学校、高等学校理科Ｉで仕 　　事・エネルギーを学習し、その後、選択物理で力積・運動量を学習する。したがって、力積の学習 　　をすると仕事が気にかかり、運動量の学習をすると運動エネルギーが気にかかるため、学習効果は 　　上がりにくい。 　　　そこで、学習の進め方としては運動量だけを単独に取り上げて定義し、実験により運動量保存の 　　法則を見つけだし、その後、運動量を変化させる原因として力積を取り上げる。そして、力積と運 　　動量の学習の定着を図ってから、仕事と運動エネルギーとの対比に移行しようと考えた。 ７，本時の主題名　　運動量の定義と保存の法則の実験 ８，主題設定の主旨 教科書による展開では力積と運動量を式変形から定義し、運動量保存の法則についても式の組合 　　せから導きだしている。しかし、式変形だけで学習を進めることは実験観察を重視する理科の授業 　　展開としては好ましいとは言えない。そこで本時は力学台車同士の衝突のようすから運動量だけを 　　定義し、実験によって運動量保存の法則を生徒自身によって発見させようとした。 ９，本時の目標　（１）運動量の意味が理解できる 　　　　　　　　（２）各運動状態の運動量が求められる　　　 １０，実験内容 　２台の力学台車を衝突させ、各運動状態における運動量を測定し、運動量保存の法 　　　　　　　　則を発見する。 +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | | 　指導内容　 | 　　教師の活動・生徒の活動 | 留　　意　　点 | +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | | | 　速度と質量を変えた力学台車を正面衝突させ | ・力積には触れない | | | | そのようすから運動量は質量と速度の積である | | | | | ことを導く | ・衝突に際してはばねを利 | | 導| | ２台の力学台車の衝突条件 | 　かせて、ｅ（はねかえり | | | | @　同質量で速度の違う場合 | 　の係数）を大きくし、運 | | | 運動量の定義 | A　同じ速度で質量が異なる場合 | 　動量の大小関係がはっき | | 入| | B　質量が大きくて速度が小さい場合 | 　り分かるようにする | | | | +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ | | | | | | +-+-+-+ | →　←| +-----+ | | | | 15| | +-+-----+-+ +-+-----+-+ | | | | | ◎ ◎ ◎ ◎ | | +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | | | @　実験の主旨確認 | ・衝突の前後の各運動量を | | | 実験の説明 | A 実験器具の準備 | 　求める事だけを指示し、 | | | | B　実験方法の説明 | 　保存の法則は発見するよ | | | 5 | | 　うに配慮する | | +-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | | | @　図のように２台の力学台車をセットする | ・１班３人による共同実験 | | | 　 | 　　Ａ、Ｂ間の距離は約60cmにする | 　の形態で行う | | | | A　力学台車Ａ，Ｂの速度をそれぞれ測定する | ・力学台車がテープを踏ま | | 展| | 　ために２台の記録タイマーを用意する | 　ないように配置について | | | | 　台車Ａ-Ｂにはそれぞれ110cmのテープを取 | 　特に注意する | | | | り付ける | ・衝突に失敗した場合は放 | | | 実　　験 | B　力学台車Ａを手首のスナップを利かせて短 | 　電タイマーの打点位置を | | | | 　時間に加速し、押し出す | 　動かし、テープに再度打 | | | | | 　点させ無駄を省く | | | | | ・力学台車Ａを押すときは | | | | | 　等速度運動部分のデータ | | | | | 　を必要とするため、急加 | | | | | 　速するように指示する | | | 15| | | | +-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | | | @　Ａテープの打点の内、衝突中の部分を除き | ・データ処理からは生徒個 | | | | 　衝突の前後の部分を５打点(0.1秒) 毎に３区 | 　々に行わせる | | 開| | 　間ずつ取り、区間の距離を計り速さを求める | ・衝突部分を確認し、その | | | 　 | A　Ｂテープの打点の内、衝突中の部分を除き | 　部分の打点を捨てる | | | | 　衝突の後の部分を５打点(0.1秒) 毎に３区間 | ・３区間以上のデータは衝 | | | データ処理 | ずつ取り、区間の距離を計り速さを求める | 　突の直前直後の速度とは | | | | B　@Aの結果を表にまとめそれぞれの平均の | 　いえないので使用しない | | | | 　速さを求める | ・データの読み取りは３桁 | | | | | 　に揃える | | | | | ・単位系はＭＫＳ単位系と | | 30| | | 　する | | | | | | | | 10| | | | | | | | +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | ま| | | ・実験の進行状況によって | | と| 　考　察 | 　衝突の前後における運動量間の関係を見つけ | 　は次の時間までの指示に | | め| 　 | させる | 　とどめる | | 5| | | | +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ ---------------------------------------------------------------------------------- 　 　　　　　　　-物--　--理--　--学--　--習--　--指--　--導--　--案- ---------------------------------------------------------------------------------- 　　　授業者 　 岩手県立　総合教育センター 　藤　原　忠　雄 １，日　　　時 平成２年　　６月２７日（水）１校時 ２，本時の主題名　　運動量保存の法則のまとめと演習 ３，主題設定の主旨 　前時の１班３人による規定実験の後、生徒が個別にデータ解析を行いまとめた実験結果を基に運 　　動量保存の法則を見つけ出し定義する。さらに、はねかえりの係数を定義し衝突の形態による衝突 　　の名称の違いなどについて学習する。 　　　しかし、ここまでの学習では運動量保存の法則のイメージ化が充分に図られたとは言えず、次に 　　展開する運動量保存の法則に関する自由実験が円滑に行えるとはいい難い。そこで、創造力を伸ば 　　す観点から、内容に充分吟味しつつ、自由実験のヒントになるような演習も行うことにした。 ４，本時の目標　（１）運動量保存の法則が理解できる 　　　　　　　　（２）はねかえりの係数が理解できる　　　 +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | | 　指導内容　 | 　 教師の活動生徒の活動 | 留　　意　　点 | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | 導| 前時の実験の | @　前時の実験の復習 | ・展開の仕方に関わる点検 | | 入| データの確認 | A　机間巡視によりデータ整理の状況点検 | 　なので短時間で済ませる| | 5| | | | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | | | @　１人ずつ黒板に結果を書かせる | ・データの大きなずれにつ | | | 実験結果の発 | A　実験結果から言えることを発表させる | 　いては、実験の状況につ | | | 表 | | 　いて質問する　 | | | 10| B　運動量保存の法則を導く | 　 | | 展+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | | 　 | @　生徒の発表を基に運動量保存の法則をまと| ・力積には触れない　 | | | 運動量保存の | 　める　 | | | | 法則のまとめ | A　文字に置き換え、文字式にする | | | | 15| B　はねかえりの係数について説明する　 | | | +-------------+----------------------------------------+------------------------+ | | | 　運動量保存の法則とはねかえりの係数に関す| ・演習をしながらどのよう | | | | る７つの演習課題を解かせる | 　な実験装置を組むことに | | 開| | @　同方向の衝突で、衝突後の速度を求める | 　より確かめられるか考え | | | 　 | A　完全非弾性衝突の衝突後の速度を求める | 　させる | | | 演　 習 | B　逆方向の衝突で、衝突後の速度を求める | ・時間の関係で途中で打ち | | | | C　急に質量が増した場合の速度の変化から質| 　切ることもある | | | | 　量の変化を求める | | | 40| | D　ｅが与えられたときの速度の求め方 | 　 | | | | E　爆発と運動量保存の関係 | | | | 15| F ロケットの切り放しにおける運動量保存 | | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | ま| | @　残りの演習課題の指示を行う | ・次時の内容を紹介し、意 | | と| 本時のまとめ | A　次時に製作する「簡易タイマー」の簡単な| 　欲の喚起を図る　 | | め| と次時の予告 | 　説明をし、製作マニュアルを配布する | 　 | | 5| | | | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ ---------------------------------------------------------------------------------- 　 　　　　　　-物--　--理--　--学--　--習--　--指--　--導--　--案- ---------------------------------------------------------------------------------- 　　　授業者 　 岩手県立　総合教育センター 　藤　原　忠　雄 １，日　　　時 平成２年　　６月２８日（木）４校時 ２，本時の主題名　　簡易タイマーの製作 ３，主題設定の主旨 　物理の力学分野の実験では、交流記録タイマーを用いることが大変多い。しかし、この種のタイマー を生徒は嫌う傾向にある。理由は５打点（東日本では0.1秒)毎にテープを区切り、各区間の長さを計り 取っていくのが面倒なこと、グラフにしてからやっと実験の成否が判明することにあると思われる。 　これらのことを解決するため最近コンピュータを用いて速度、加速度等を瞬時に計算し表示する教具 が開発され販売されている。実験のスピードアップなど使用の仕方によってはメリットもあるが、教育 という観点からは問題も多い。 　加速度や速度の速い運動は交流記録タイマーを使用するのは当然としても、運動量の測定のようなゆ っくりした運動の測定などは、簡易な時間計測器で十分間に合う。 　このような考えから『簡易タイマー』を開発した。交流記録タイマーが基準になる時間（0.02秒）内 にどれだけ進むかを記録するのに対して、この簡易タイマーは、定められた２点間を、物体がどれだけ の時間で通過したかを表示するもので、いわば 100ｍ競走と同じである。 ４，本時の目標　（１）簡易タイマーの動作原理が理解できる 　　　　　　　　（２）簡易タイマーが製作できる　　　 +---+-------------+-----------------------------------------+-------------------------+ | | 　指導内容　 | 　 教師の活動生徒の活動 | 留　　意　　点 | +---+-------------+-----------------------------------------+-------------------------+ | 導| 簡易タイマー | @　簡易タイマーを利用する利点の紹介 | | | 入| の紹介 | A　簡易タイマーの作動原理の説明 | 　 | | 3| | | | +---+-------------+-----------------------------------------+-------------------------+ | | | @　ＶＴＲソフト-簡易タイマーの製作と活用- | ・ＶＴＲセットを用意する | | | 製作の仕方の | 　を見ながら製作マニュアル（小冊子）により | 　 | | | 説明 10| 　確認させる | ・疑問な点は質問させる | | 展+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | | 　 | @　基盤への部品の取り付け | ・ハンダごてによる火傷等 | | | 　製　　作 | A　デジタルストップウオッチの改造 | 　には注意させる | | | | B　各パーツの接合 | ・机間巡視を多くし、疑問 | | | | C リード線による配線 | 　に答える | | | 30| D　反射盤の製作 | | | +-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | 開| | @　誤配線がないか確認する | ・進捗状況に気を配る　 | | | 感度の調整 | A　フォトＴＲの前で反射板を動かし、ストッ | | | 45| | 　プウオッチが作動するようにボリュームを回 | 　 | | | 5| 　す | | +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ | ま| | @　調整の仕方等の指示 | ・次時の内容を紹介し、意 | | と| 本時のまとめ | A　次時に自由実験をする事を指示する | 　欲の喚起を図る　 | | め| と次時の予告 | B　自由実験の構想を練ることと、その準備を | 　 | | 2| | するように指示する | | +---+-------------+-----------------------------------------+------------------------+ 高等学校３年 理科/物理(運動量と力学的エネルギー その２)指導案 総合教育センター 用紙は Ａ４ 縦　 １行 91字（半角） １ページ 52行に設定してください。 ---------------------------------------------------------------------------------- 　 　　　　　　-物--　--理--　--学--　--習--　--指--　--導--　--案- ---------------------------------------------------------------------------------- 　　　授業者 　 岩手県立　総合教育センター 　藤　原　忠　雄 １，日　　　時 平成２年　　７月　４日（水）１校時 ７月　５日（木）２校時 ２，本時の主題名　　運動量保存の法則に関する自由実験 その１、その２ ３，主題設定の主旨 　従来の一斉指導型の実験には下記のような問題点がある。 @　１班当りの人数が４人〜６人と多く、班編成は名簿順などで行われ、実験に対する班員の意欲など 　が、必ずしも均質ではない。このことは協力して実験するというメリットはあるが、他に依存してし 　まう生徒や、さらに進んだ実験をしようとする生徒にとっては良いとは言えない。 A　１時間の内に実験の説明、準備、実験、データの記録まで行うため、思考する時間が持ちにくい。 B　あらかじめ、実験方法が決められ、実験書の通り実験を進めるため、独自に工夫した実験をする機 　会が少ない。 　以上のような問題点を解決するために @　個別実験を基本とし自分自身の考えで自由に実験を進める。ただし、人手を必要とするときなど　 　は共通の考えを持った生徒同士で共同研究をすることもある。 A　しかし、@のように自由に実験を進めるといっても基本操作の修得も必要である。そこで、全員が 　基本操作の修得のために定められた規定実験を事前に行っておく。 B　さらに実験したい生徒には昼休み時間や放課後に実験室を開放する。 C　規定実験を参考にして、各自が考えた実験に必要な道具を用意させる。評価については、レポート 　により実験の内容と実験の数で評価する。実験結果が多少理論値と離れていても、実験法等の新しい 　アイデアは大いに評価し、創造する意欲を高める。 ４，本時の目標　（１）簡易タイマーを利用した実験を構築できる 　　　　　　　　（２）独創的な実験法を数多く考案し、実施できる　　 +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | | 　指導内容　 | 　 教師の活動生徒の活動 | 留　　意　　点 | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | 導| 簡易タイマー | @　簡易タイマーの感度を調整する | | | 入| の調整 | | 　 | | 3| | | | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | | | @　各自考案した実験法に従って装置を組み立| ・他の人が考えつかないよ | | | | 　てる　 | 　うな実験を数多くした方 | | 展| | | 　がよいと指示する | | | | A　実験を行う | ・個々に実験させる事を原 | | | | | 　則とし、生徒同士の相談 | | | | B　データの記録と整理 | 　等は極力しないように注 | | 開| 　自由実験 | | 　意する　 | | | | C　実験結果の考察 | ・机間巡視を多くし、疑問 | | 45| | | には教師が答える | | | | @〜Cを繰り返す | | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ | ま| | @　レポートの書き方を指示する | ・次時の内容を紹介し、意 | | と| 本時のまとめ | 　 | 　欲の喚起を図る　 | | め| と次時の予告 | 　 | 　 | | 2| | | | +---+-------------+----------------------------------------+------------------------+ ---------------------------------------------------------------------------------- 　 　　　　　　-物--　--理--　--学--　--習--　--指--　--導--　--案- ---------------------------------------------------------------------------------- 　　　授業者 　 岩手県立　総合教育センター 　藤　原　忠　雄 １，日　　　時 平成２年　　７月　４日（水）１校時 　　　　　　　　　　　　 ２，本時の主題名　　力積と運動量の関係 ３，主題設定の主旨 　教科書では力積と運動量を式変形から同時に定義しているが、この授業の展開では本時になって初め て力積の学習になる。それは、前時までの運動量の定義、実験を通して運動量保存の法則を学習したこ とを受けて、運動量を変化させる原因について考えさせ、力から発展させた力と時間の積「力積」を定 義したいためである。そして、その例について日常の物理現象など（日常物理・スポーツ物理）から考 えさせようとした。 　また、次の授業では同じ現象を仕事と運動エネルギーの観点からも同じ手法で説明し、両者の相違点 を挙げるとともに、両者の考え方がともに物理現象を正しくとらえていることを学習させるので、対比 できるような授業の展開にした。　 ４，本時の目標　（１）力積が理解できる （２）力積・運動の関係を表わす具体例を挙げられる +---+-------------+----------------------------------------+-------------------------+ | | 　指導内容　 | 　 教師の活動生徒の活動 | 留　　意　　点 | +---+-------------+----------------------------------------+-------------------------+ | 導| | @　レポート作製の進捗状況の確認 | | | 入| 前時の確認 | | 　 | | 5| | | | +---+-------------+----------------------------------------+-------------------------+ | | | @　運動量を変化させる原因について考えさせ| ・学習プリントにより進め | | | 力積の定義 | 　る | 　る | | | | A　原因を力から力積へとＶ＝Ｖ0＋ａｔの式 | | | | 10| 　変形から導く　 | | | 展+-------------+----------------------------------------+-------------------------+ | | | @　ＭＶ−ＭＶ0＝Ｆｔより運動量の変化は加 | | | | 力積と運動量 | 　えた力積に等しいことを学習する | | | | の関係 | A　力積の単位が運動量の単位と等しいことを| | | | 20| 　学習する。 | | | +-------------+----------------------------------------+-------------------------+ | 開| 　 | @　日常の物理現象から例を挙げる | ・生徒の考えを誘発する様 | | | | 　　・床の違いによるコップの割れ方 | 　にその他の例も用意する | | | 日常の物理か | 　　・軟式野球ボールの変形と力積について | -----と----、速球の投 | | | らの例示 | A　生徒から例を挙げさせる | 　げ方、城門の開け方など | | 40| | | ・独創的な例がでるように | | | 10| | 　配慮する | +---+-------------+----------------------------------------+-------------------------+ | ま| | @　本時のまとめ | | | と| 本時のまとめ | | | | め| と次時の予告 | 　 | 　 | | 5| | | | +---+-------------+----------------------------------------+-------------------------+