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担当者
越桐國雄
問い合わせ先
koshi@cc.osaka-kyoiku.ac.jp
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物理分野プログラム 理科教育講座
領域
基礎科学(教科の基礎、発展的学習)
教材の形式
動画、画像, 実験・実習
研修、講座、授業
学校授業(小中高)
教科、科目

【小専理科物理分野】「風やゴムの働き」風の働き

【対 象】 小学校第3学年

【学習指導要領】 小学校3年理科 A 物質・エネルギー(2)風やゴムの働き

【目的・ねらい】

 力学の基礎となる「力」の概念の導入となる現象を体感する。力の働きは,(1) 物体の形を変えること,(2) 物体の運動の様子(速さ・向き)を変えること,の2つに整理される。力は2つの物体の間で相互に働くことから(作用反作用の法則),物体の形が変化したり,物体の運動の様子が変化する場合には,物体と相互作用している相手の物体に対して力を及ぼしていることになる。このことを風が物体に及ぼす力や変形したゴムが物体に及ぼす力によって定性的に体得する。

【原理の説明】

 ここでは,送風機つくられた風を受けて走る段ボール台車の運動を確かめる。送風機から送られた風は,送風機の近くではほぼ一様に同じ速さで進むと考えられる。このとき物体の受ける力は,物体の断面積に比例して風の速度の2乗に比例すると近似できる。そこで,このような一定の力を受けたときに運動する物体の様子を調べようというものである。
 物体に一定の力が働くときには,「物体の速度の変化はその質量に反比例し働く力の大きさに比例する」というのが運動の法則の教えるところである。この単位時間当たりの速度の変化分を加速度とよんでいる。速度の変化には,速さの変化と速度の向きの変化の両方が考えられるが,直線運動の場合は,特に速さ(速度ベクトルの大きさ)の変化=加速度ベクトルの大きさ,が問題となる。加速度が一定である運動を等加速度運動とよんでいるが,一定の風の力を受けて走る帆を持った台車は近似的に等加速運動している。

【材料・器具】

 段ボール台車,はさみ,紙(A5程度),定規,鉛筆,クリアテープ,メジャー,ストップウォッチ,送風機

【実験手順】

(1) 紙の定規で帆の形を計り(40平方cmで形は自由)はさみで切り取る
(2) クリアテープをつかって(1)の帆を段ボール台車に立てる。帆を折り曲げるなどして倒れないように工夫する。
(3) 机の上にメジャーをおいて1mのコースを作る。
(4) 送風機は机の端に手でかかえ持って風を送る。送風機の中心と机面が一致するようにする。
(5) 送風機のスイッチを入れると同時にストップウォッチを押して台車が1m進む時間を計る。
(6) 送風機による風の強度 と台車が1m進むのにかかる時間を表にまとめる。

【ポイント】

☆送風機を机の上に置いて実験した場合,風の中心が段ボール台車に立てた帆に
 うまくあたらない場合があるので注意する。
☆送風機によっては,風の流れの一様性が十分実現できない場合もある。
☆体育館などのスペースで実験する場合は,風が帆に加える力がほぼ一定
 であるという条件はなくなるため,ゴムの場合と同様に速度が減衰して
 やがて停止する。この場合は,ゴムと風に違いがはっきり区別しにくくなる。