斜面上落下実験(等加速度运动)

斜面上落下実験(等加速度运动) , 斜面上の落下実験，等加速度運動， 〔内 容〕 充分ゆるやかな斜面を静かに落下する物体の運動を、ゆっくり反復する リズム音と同期させながら観察すると、音の間の移動距離が簡単な整数比で 増していくように感ずる。先ずスタート点に印をつけ、リズム音を聞きなが ら運動中の物体の位置に印をつけていくと印と印の間隔は1:3:5:7…の 奇数列になっている。物体の移動距離(cm)および時間(s)の測定値から、何 2cm/sの等加速度運動であると言うより、生徒は自然の単純な規則性に率直 な驚きを示す。リズム音間隔とその間の最小移動距離を、それぞれ時間と距 離の単位として等加速度運動の学習を行う。また、この演示結果をしたv-t グラフを用いると斜面を上りきる時間や距離と则速の関係の学習に発展さ せることも可能である。 〔方 法〕 【演示器具】 (1) 長さ約2mのプラスチックカーテンレールを中央部1cmほどあけて真直 ぐな角材，2，3cm角×,m程度，,本で裏打ちする。 (2) 上記の角材の側面に、80，90cm長のスケール，16等分目盛り付，の中 央をネジ止めする。 《注》ネジ止めは、スケール端がカーテンレールの中央に合うようにする。 16等分目盛りは上端から0,1,4,9,16番目を太線で示す。 (3) ?斜面をつくるための枕として、長さ数センチ，,，3cm，の角材,本。 ?カーテンレール上を転がる運動体として、大きめの鋼球，径?数センチ、 質量?数百グラム，,つ。 ?鋼球位置表示捧，例?粘土板に割り箸を立てたもの，数本。 ?メトロノーム，,秒間隔ぐらいでリズム音をだすように設定，。 【演示実験,】则速0で斜面，勾配1/50程度，を下る運動 【演示実験?】ある则速で斜面，勾配1/50，1/60程度，を上る運動 【発問と演示の系列】 (1)演示実験,図のように、スケール上端の目盛位置に鋼球を保持し表示棒を立てる。『今から、メトロノームの音，例、,秒間隔，に合わせて静かに鋼球を放し、後つぎつぎと音を聞く度に鋼球の位置を表示していく』事を告げて実験を開始する。《注》スケール太線目盛と表示捧の位置が合致するよう、事前にカーテンレールの傾斜を調整しておく。 《発問,》鋼球が転がり始め、一定の時間，メトロノーム音の間隔，経過する ごとに移動距離はどのような比で増えていたか。 《答》1:3:5:7 《発問,》同じ時間内の移動距離を比べることは速さを比べることである。メトロノーム音の間隔を,秒とすると鋼球が転がり始めて最则の,秒間、次の,秒間、その次の,秒間の速さの比はいくらか。《答》 1:3:5 《発問,》メトロノーム音の間隔ごとの速さは1:3:5:7…と等差数列をなしているが、鋼球は転がり始めの速さ:から、連続して一様に速さを増していると考えられる。では、時間の経過にともなって速さがどのように変化するのか、速さと時間の関係を示すv-tグラフを書いてみよう。 また、鋼球の運動の始まりを起点として時刻と落下距離の関係を表に整理し、あわせて各時刻の速さを、書き上げた左グラフをみて記入せよ。 (2) 演示実験?図のように、下りレールの16等分目盛りスケールを半回転させ、太線目盛が下端から0,1,4,9,16番目になるようセフトし、鋼球を1,4,9,16番目から静かに放すとレールを上るときの则速を1:2:3:4に設定できる。 (3) 上りレール太線目盛の下端から0,1,4,9, 16番目に鋼球がきたとき、メトロノーム音が鳴るよう上り傾斜を調整しておく。次問を予想させて実験する。 《発問,》则速を1:2:3…にすると、鋼球が上りきる距離および時間はどうか。 《答》鋼球の下る距離1:4:9…に対応して、上る则速が1:2:3…。その時鋼球が上りきる距離は1:4:9…、時間はl:2:3…となる。