３年理科　休校中の課題のページ

５月１８日の週

４時間目

本時の目標
　高さと位置エネルギーの関係の実験の考察を身につける！
　→前回の実験データから、「高さと位置エネルギーの関係」を見出します。

課題
　前回の実験の考察を行います。

　流れ
　①　横軸に高さ、縦軸に定規が刺さった長さ（位置エネルギーの大きさでした）をとった散布図を描きます。
　②　原点を通り、すべての点を代表するような線を引きます。
　③　高さと位置エネルギーの関係はどうなっているか、考察しましょう。
　・説明が少ないですが、１週目４時間目のグラフはみなさん非常によくできていたので、おそらく大丈夫でしょう。

　補足
　・グラフがいまいちわかりにくい場合は、もう一度、３時間目の実験を行い、データ数を増やしてみましょう。

　先週の実験に比べたらシンプルなので、頑張ってください！

予告
　次回は実験ではありません。しかし、あらかじめ予想を立てて臨んだ方が興味を持って取り組めると思いますので、クイズを出します。
　この予想は書く必要はありません！

　以下の写真のように、実験装置を組み立てます。

　・２台のレールを並べる。
　・どちらも同じ位置、高さから球を転がす。
　・どちらも同じ位置、高さにゴールがある。

　さて、奥のレールを転がした球と手前のレールを転がした球のどちらが早くゴールに着くでしょうか？
　選択肢はおそらく３つ。
　Ａ　奥の球
　Ｂ　手前の球
　Ｃ　どちらも同じ
　ぜひ、予想してから次回の課題に取り組んでみてください。

３時間目

本時の目標
　高さと位置エネルギーの関係の実験を行う！
　→実験が続きますが、演習問題よりいいですよね？

この課題の出題意図
　この実験は２時間構成なので、まとめて述べてしまいます。
　高さと位置エネルギーの関係は、実験によって確認しやすく、結果も理論通りに得られることが多いです。一方、速さと運動エネルギーの関係は、速度測定器が必要であったり、結果が２次関数（３年生の数学で習います）になったりと、やや難しいものがあります。位置エネルギーの実験は自宅学習で取り組める課題としてちょうどよい難易度なので、取り組んでもらうことにしました。

課題
　斜面上のさまざまな高さから物体を転がし、他の物体に及ぼすエネルギーの大きさを調べます。（グラフ描きは次の時間にします）。
　準備するもの（詳しくは、下の写真を見てください）
　・資料集（または、同じ大きさの厚めの本）→斜面にします。ただし、家に長い板がある場合には、それを使って構いません。この課題では５回転がしますが、より長い板を使って10回以上転がすと、よりわかりやすい結果が得られます。
　・教科書
　・定規（エネルギーの大きさを測る用）→15cm以上あれば大丈夫
　・定規（転がし始める高さを測る用）
　・転がすもの（物体）→前に行った実験と同様。写真のようなガムテープのほか、乾電池やペットボトル（炭酸用の円柱形のもの）などが考えられます。
　・台になるもの→下の写真のように、斜面をつくったり、定規の高さを調節したりするのに使います。

　実験装置組み立て図

　・定規の高さや挟む場所は、「転がすもの」の大きさや質量に応じて工夫してください。

　記録スペース（今までと同様に、課題用紙につくっておきましょう）

	転がす高さ〔cm〕	定規の移動距離〔cm〕
１回目
２回目
３回目
４回目
５回目

　手順
　①　実験装置を組み立てます。
　②　斜面上の適当な位置を決めます（最初は、斜面の一番上がいいでしょう）。
　③　②の位置の高さを測ります（斜面の長さではなく、高さです！）。
　④　②の位置から転がして定規に当て、定規が刺さった長さを測ります（これが位置エネルギーの大きさということになります）。
　⑤　違う高さを決め、②から④の作業を繰り返します。

　データ処理は４時間目にやりましょう。

２時間目

本時の目標
　２つの力の和（合力と言う）の規則性について調べる！
　→この課題を本実験とし、授業では実験操作は割愛する予定です。

この課題の出題意図
　この実験は、自宅学習用に組み立てるのに苦労しました。ボツになったものが複数あります。それでも取り組んでもらうようにしたのは、一つは、「平行四辺形の法則」という法則があるぐらいなので、しっかり押さえておく必要があるから、もう一つは、力の合成の逆の「力の分解」が、斜面上の台車の運動を理解するうえで重要なので、その基礎の力の合成も習得しなければならないからです。また、平行四辺形の法則は、高校数学で学習する「ベクトル」でも基本になってきますし、力の分解は、高校物理の運動の単元ではほぼ毎回使います。少し大変ですが、実験を通して慣れておきましょう。

課題
　「角度をもってはたらく２つの力」と「同じはたらきをする１つの力」の合計３つの力の矢印を描く（手順がやや複雑です。頑張りましょう）。
　準備するもの
　・ひも×３
　　→どんなものでもＯＫ。ただし、伸びないもの。
　・おもり×２
　　→重さの比がだいたいわかるもの。
　　→写真では350mLと525mLのペットボトルを利用しています。ただし、あまりおすすめはしません。重いので……。他の方法としては、以下の例があります。
　　　Ａ　同じ容量のペットボトルで、中身の量を変える。
　　　　　→重さの比がわかりやすいのがメリットです。
　　　Ｂ　同じものを複数用意する。
　　　　　→例えば、片方はペン２本、もう一方はペン10本にすれば、比もわかりやすくなります。
　・テープ
　　→課題用紙を固定するのに使います。

　手順
　①　下の写真のように、ひも×３、おもりをつなぎます。

　②　机の上に貼りつけた課題用紙の上にひもを載せ、１ヶ所（おもりの付いていない方）は固定、もう２ヶ所（おもりの付いている方）は机の端から垂らします。
　　　→このとき、ひもは一直線になるようにし、方眼の縦の線にに重ねます（下写真）。

　③　次に、おもりの間のひもを広げていきます。
　　　→１人での作業は、工夫が必要です。先生は、指で押さえるところ（写真の上の方）は、角椅子に縛って固定しました。
　　　→ちなみに、下の写真は実は広げ過ぎです。30°程度で十分です。広げ過ぎると、最終的に、下の方の既述のように、結果が少しおかしくなります。

　④　うまくできていれば、ひもは方眼の縦の線からずれるはずです。このときのひもの位置を記録します（下写真）。

　⑤　なぞった線に沿って、「おもりがひもを引く力の矢印」を描きます。
　　　→このとき、矢印の長さは、重さの比にします。例えば、ペン２本とペン10本をつり下げた場合、矢印の長さは例えば３cmと15cmにします（２：10＝３：15）。先生の例では、片方が525mL（5.25N）、もう一方が350mL（3.50N）なので、5.25cmと3.50cmにしてみました。

　⑥　教科書p.132の図１の例に従って、平行四辺形と、その対角線を通る矢印を描きます（下写真）。

　⑦　この「対角線を通る力の矢印」を「合力」と言います。この場合、左斜め下に引っ張っているのと同じなので、上のひもも左にずれました。ただ、上の写真をよく見ると、対角線と上のひもが一直線になっていません。２つのおもりを広げ過ぎたために、誤差が大きくなってしまったのでしょう。まあ、こんなこともあります。みなさんはうまくできましたか？

１時間目

本時の目標
　２つの力がつり合う条件を調べる！
　→教科書では、「調べよう」の内容（必須の実験ではない）ですが、実験してみましょう。

この課題の出題意図
　上にも書いたように、この実験は必須になっていません。しかし、比較的シンプルな装置で実験できること、実験結果から３つの条件を考察する流れが科学的な思考を身に付けるのにちょうどよいこと、さらに、高校物理を履修する予定の人にとっては「力のモーメント」を学習する土台となり得ることなどから、課題として設定しました。通常の授業では時間の関係で割愛する可能性のあるところですが、自宅学習として時間を確保していますので、ぜひ取り組んでみてください。

課題
　２力がつり合うときの力の矢印を課題用紙に記入する。
　準備するもの
　・輪ゴム×２
　　→できるだけ同じ伸びのもの。ヘアゴムを切って使ってもよいし、手芸用のゴムでもＯＫ。
　・定規
　・テープ
　・輪ゴムを取り付けられるもの（物体）
　　→下の写真では丸い画用紙ですが、輪ゴムを取り付けられて、あまり大きすぎなければ何でもよい。消しゴムなどがちょうどよいかも。

　手順
　①　物体を課題用紙の上に置き、輪郭をなぞります（下写真）。

　②　物体に輪ゴムを取り付けます（下写真）。

　③　物体を課題用紙の上に置き、輪ゴムを引きながら、①の輪郭にピタリと合うように載せます（下写真）。
　　　→物体が止まっているこのとき、「力がつり合っている」状態です。
　　　→物体が止まっている（動いていない）とき、「力がつり合っている」か、「力がはたらいていない」かのどちらかになっているということができます。ここでは引っ張って力を加えていますので、２力がつり合っているということになります。

　④　このとき、輪ゴムを固定している点（下写真のＡ）、輪ゴムが伸びている方向（下写真のＢ）、輪ゴムの長さを記録します。
　　　→輪ゴムを引きながら記録するのは大変なので、輪ゴムをテープで固定したり、手伝ってもらったりしましょう。

　⑤　これで、「力のはたらく点」（２つ）、「力のはたらく向き」（２つ）は記録できているので、輪ゴムの長さを「力の大きさ」として、矢印を描くことができますね。ただ、力の大きさが何Ｎかはわからないので、輪ゴムの長さの半分ぐらいを力の大きさということにしましょう。
　　　→力の矢印を忘れてしまった人は、１年の教科書p.177に載っています。
　⑥　２つの力の矢印を比べて、「力がつり合っているときの条件」（３つあります！）を考察しましょう。