アドバンシング物理研究会<京都・和歌山>

アクティブ・ラーニングによる力学入門
Interactive Lecture Demonstrations

 2009/8/1,2

公開講座案内のPDFファイル

第1日目 午前の部

実験1 ニュートンの第三法則
台車に力センサーをセットしたものと、ブロックに力センサーをセットしたものを用意する。

台車とブロックを接触させ演示実験1,2,3の設定を説明し、台車にはたらく力とブロックにはたらく力の関係を
生徒達に考えさせる。

その際、アクティブアンサーを用い、生徒達の全員の解答(選択肢)を確認する。

その後、実際に演示実験を行う。
実験結果を分析し、解説する。



同様に
2台の台車に力センサーをセットし、演示実験5,6,7,8の設定を説明し、各々の台車にはたらくからの関係を生徒達に考えさせる。

アクティブアンサーで生徒達の全員の解答(選択肢)を確認した後、演示実験を行い、説明する。

演示実験7



第1日目 午後の部

実験2 運動学1−人の運動

距離センサーを用いる。人が一定の速さで動く。

その際、スクリーンに表示される距離(位置)−時間グラフ(速度−時間グラフ)を見ながら動いてみる。

グラフを表示した後、質問を行い、生徒間で討論させる。

速度−時間グラフのみが表示してあり、この動きを行う。
距離−時間グラフを考えさせる。

実験3 運動学2−台車の運動

距離センサー、台車、小型扇風機、ボールを用いて実験を行う。

台車を手で一瞬だけ押したり、台車に小型扇風機を乗せて
加速度運動をさせたりする。

演示実験を行う前に生徒にどのようなグラフになるか予想させる。
アクティブアンサーを用いて、予想を答えさせる。
その後演示実験を行う。

グラフを表示した後、質問を行い、生徒間で討論させる。

演示実験4



演示実験1, 2, 3: 演示実験1: ブロックを(できる限り)一定の速度で動くように正方向に押す。

演示実験
23: だんだん速くなっていくようにブロックを正方向に押す。つづいて,(動き出させた後,)だんだん遅くなっていくように押す。


演示実験4: 最初に助手の腕を(向かって)左に動くように押し,つづいて,彼女/彼に,あなたの腕を(向かって)右に動かす。各場合について,どちらの力が大きいか予想させる。
演示実験5: 台車Aを(障害物によって止められている)台車Bに対してさまざまな力で押す。(衝突させるのではない。)

演示実験6: 2台の全く同じ台車(台車Aと台車B)を等しい速さで衝突させる。

演示実験7: 速く運動している質量の大きい(重い)台車(トラックと書いたラベルをつける)を,止まっている軽い台車(小型車と書いたラベルをつける)に衝突させる。

演示実験8: 軽い台車(小型車と書いたラベルをつけてある)を,止まっている質量の大きい(重い)台車(トラックと書いたラベルをつけてある)に衝突させる。(最初は遅く,その後,もっと速く)











演示実験1 一定の速さで動く。 距離(位置)−時間グラフの表示

演示実験2 一定の速さで動く。 速度−時間グラフの表示

演示実験3 より速く運動するときの距離グラフと速度グラフ

演示実験4 速度から距離を求める



演示実験1: 台車が距離センサーから一定の速度で遠ざかる

演示実験2: 台車が距離センサーに一定の速度で近づく

演示実験3: 台車が距離センサーから遠ざかる。そして、一定の割合で加速する

演示実験4: 台車が一定の割合で減速しつつ距離センサーから遠ざかる。

演示実験5: 台車が一定の割合で減速しながら距離センサーに近づく。(押す向きと反対向きに扇風機が向いてい
る。)

演示実験6: 台車が一定の割合で減速しながら距離センサーに近づき、向きを反転し加速する。


演示実験7 台車が傾斜のある坂を上り、最高点に達し、戻ってくる。


第2日目 午前の部

実験4 ニュートンの第一、第二法則

力センサー距離センサーを用いる。
台車を一定の力で引っ張ったり、大きな摩擦のある
台車を一定の力で引っ張ったり、台車上に2台の小型扇風機を互いに逆向きにとりつけ一瞬だけ台車を押したりする。

演示実験を行う前に生徒にどのようなグラフになるか予想させ互いに討論させる。

その後演示実験を行う。



演示実験1















演示実験を行いグラフを表示し討論をさせる。

実験1 
ニュートンの第三法則 の補足



2日目 午後の部

実験4 探究実験   
 アルミカップの落下運動
 ばね振り子
 単振り子


ばね振り子の実験例




発表会


演示実験1: (非常に摩擦の少ない)台車は一定の力で引っ張られて距離センサーから離れていき、一定の割合で加速していく
台車が手から離れてから静止するまでを予想させる。




演示実験2: 大きな摩擦のある(摩擦パッドが軌道と接触している)台車が引っ張られていて、距離センサーから遠ざかり、一定の割合で加速している。



演示実験3: 逆向きで同じ大きさの力がかかっている台車が距離センサーから遠ざかっている


演示実験4: 小さな摩擦力のある台車が距離センサーから遠ざかる向きに引っ張られ、放される



演示実験5: (小さな摩擦の)台車が距離センサーに向かって一定の割合で遅くなって運動している

 
演示実験6: (小さな摩擦の)台車が距離センサーに向かって一定の割合で遅くなっていき、ほんのしばらく静止し、その後距離センサーから遠ざかっていく。











距離センサーや力センサーを用いて運動について解析を行う。 

距離−時間グラフ、速度−時間グラフ、加速度−時間グラフ、力−時間グラフを分析。



発表用のシートを作成し、発表の準備を行う

1日目 午前の部

    開校式
    

 距離センサーと台車に固定した力センサー
     

実験1 ニュートンの第三法則の様子
 

 

1日目午後の部


実験2 運動学1−人の運動の様子
 
 
 

実験3 運動学2−台車の運動の様子
 

 
 


2日目午前の部

実験4 ニートンの第一法則、第二法則の様子

  

         

2日目午後の部

探求実験の様子
  
 
  

発表の様子
  
  
  

お疲れ様でした。大変充実した2日間だったと思います。
皆さん真剣に取り組んでいただきありがとうございました。

記念写真