シナリオ型指導案 中学物理 慣性力・遠心力
本時の目的
慣性力・遠心力が身近にあることを理解させ、興味を持たせる。
本時の指導過程
教室に入り、起立・礼・着席をする。
軽く雑談をする。
「皆さんの中で、今日電車に乗って学校に来た人は手を挙げてみて。」
そして、手を挙げた一人に聞いてみる。「その電車は満員電車やったん?」
(はい、そうです。/いいえ、違います。)
「満員電車は辛いよね。駅を出発して加速したら体がググッと後ろに押されて後ろにいたおじさんと気まずいし、電車が減速したら前に突っ張るような感じになって前のお姉さんに当たり変態扱いされたり…。またカーブでは横に倒れそうになるよね。皆さんも今までにこのような経験をしたことが何度もあると思います。本当に朝から満員電車に乗ることは嫌ですね。」
「ではどうして、私たちは電車の中でこのような力を受けるのでしょうか??誰かが押してるんでしょうか?…」
「実はこの力こそが今日勉強する慣性力と遠心力なんです。」
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電車の中での慣性力と遠心力を黒板で図示する。
具体的に生徒が電車に乗っているときどんな感じで力を受けるかを聞いてみる。答えはどんなものでも良い。出た答えは黒板に記す。
「電車が駅を出発した瞬間つまり進行方向へ加速して行ったとき、私たちはどのようになりますか?」
(倒れそうになってつり革をもつ/こけそうになるので足で踏ん張る。)
「そうですね。では、前へ加速しているときどちらの方向に体が倒れそうになりますか?」
(後ろです。)
「では、電車がブレーキをかけて減速すればどちらの方向ですか?」
(前です。)
「ではカーブで右に曲がるときは?」
(左です。)
「では左のカーブでは?」
(右です。)
「そうですね。ありがとう。このときの加速と減速つまり電車が直線運動しているときの力を慣性力。カーブのときに受ける力を遠心力といいます。それでは今皆さんが言ってくれたことを黒板で図示するね。まずは慣性力の方から。電車の加速、減速というものはこの前の授業で習ったけど加速度の変化によるものだよね。加速するすなわちスピードが速くなって行ってるということは加速度が正の値で、減速するすなわちスピードが遅くなっているということは加速度が負の値ということだったよね。」
「慣性力がどのようにしてかかるかはこれで図に表せたよね。では、次に慣性力とはいったいどのくらいの大きさがかかっているのか?これを考えてみましょう。しかし私たちではいくらの力がかかっているのか?このことを求めることは大変です。でも、ちゃんとこのことはニュートンという人がすでに求めてくれているのです。ところで、皆さんはニュートンという人を知っていますか??知っている人はちょっと手を挙げてみてくれる?」
何人かの生徒が手を挙げてくれる。
(理科とは何か?の説明)
「はい、ありがとう。そうですね、だいたいの人はニュートンという名前くらいは聞いたことがあるよね。そうしたら、何で今でもニュートンっていう名前が残っているのでしょうか?それは、この人が今まで名前を残すくらいの研究をしたからやねん。そしてこの人の研究したことが理科の基礎となって私たちが現在、日常の出来事を深く知ろうとするときに大きく役に立ってんねん。逆に言えば、この人たちのおかげで私たちは日常の出来事を深く知ることができるようになり、生活が豊かになってん。この人たちのおかげで今の私たちの生活があるねん。だから次は私たちが理科を勉強してより良い未来を作らなあかんねん。だからそのためにも、私たちは今理科を勉強しないとあかんねん。」
杉浦コメント:こういうメッセージをさりげなく入れられるのは、「授業の味付け」が自分なりにできている証拠。こういうメッセージを入れられるように授業を組み立てていこう!
「話がそれてしまったけど頭を元に戻しましょう。ニュートンは研究によって『加速度αで運動している観測者から質量mの物体を見るとき、その加速度と逆の向きに大きさがmαの力が働いている』とわかったのだからさっきの図はこう書けます。」
「では、次に遠心力を考えましょう。この前の時間に等速円運動をしている物体は中心向きにαという加速度を受けているということは習いました。するとさっきの慣性力が加速度と逆方向に働いたのと同様に、この遠心力も加速度が働いている方向と逆、つまり円の外側を向くのです。だから、電車が右にまわれば左に、左にまわれば右に力がかかった のですね。慣性力と同様にどのくらいの力かも求めてみましょう。」
「ちょっと難しくなったからこの辺で少し気分転換をしましょう。皆さんの中で車に興味を持っている人はどれくらいいますか?ちょっと手を挙げてくれる?」
(ほとんど手をあげない。)
「そうですね。まだ、免許を持ってないしね。これから、免許を取れば車に興味を持つ人が出ると思います。私はもう小学生くらいのときから車が好きで好きで仕方がないんです。それで、子どものときからF1とかを見てます。あのF1にはものすごい慣性力と遠心力がかかっているんです。『G』という記号を使ってその強さを表してるんですが、本当にスゴイです。その辺の普通の道を走ってるスポーツカーで思いっきり頑張ってカーブを曲がっても1Gにも見たないんです。でも、F1ではレース中4Gという力がかかっているんです。だから、F1ドライバーはかなり鍛えられてるということですね。」
杉浦コメント:ここも自分の味付けができている。こういう教師が自分の趣味に走ること(それも授業とちゃんと関係ある形で趣味に走ること)は大いにすべきことだと思う。
「さぁ、今まで慣性力と遠心力の例として、電車や車なんかを挙げてみたけど、皆さんはこの他に慣性力や遠心力がかかっているものを思いつきませんか?ちょっと当ててみよう!」
何人かの生徒に意見を聞いてみる。
(分かりません/ジェットコースター/エレベーターなど)
「そうですね。ジェットコースターが宙返りをしても落ちてこないのは遠心力がかかっているからですね。」
「エレベーターに乗ったとき、体重が重くなったように感じたりするのも慣性力がかかっているからですね。」
「では、この2つの例を使ってみんなで力のかかりかたを図示してみましょう。私が途中まで図を書くのであとは皆さんで書いてみてください!」と言って下の図を黒板に書く。
この他にも生徒が出した例についても図示してみる。
このあと、生徒の席を順番にまわって行く。そして数分たったあとで、上の図を完成させる。
「ということで、今日は皆さんと一緒に慣性力と遠心力について勉強しました。どうですか?理解してもらえましたか?このように私たちの身の回りには慣性力や遠心力が働いているものがたくさんあるので興味がわいてきますね。皆さんもこれからは興味を持って慣性力と遠心力を勉強してください。また、わからないところがあれば気軽に先生に聞ききましょう。」
起立・礼・着席をして教室を出る。
杉浦コメント:この授業には大きく2つ良い点があります。ひとつは慣性力や遠心力を生徒の日常に近いものとして提示できていること。自分なりの味付け(自分が伝えたいメッセージを伝えること)ができていることです。これは他の人にもぜひ真似てほしいところです。
物理の公式などをもっと丁寧に教えてテストにも対応できるような授業にできたらさらによいと思います。