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例会速報 2009/12/13 ナリカ
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授業研究：力学的エネルギー 小沢さんの発表
小沢さんは力学的エネルギーの授業展開について、実験を中心に発表しまた。ここでは、その装置や実験内容を紹介する。
（写真下左）動滑車でものを持ち上げるときの手ごたえや、手を動かさなければならない距離を体験する装置。ひもと戸車で簡単に作れる。
（写真下右）丸棒に糸を巻き付けながらおもりを持ち上げるときの仕事率を測定させる。競争させると盛り上がる。
（写真下左）ゼネコンでバッテリーに充電させ、その電気エネルギーでモーターを回して、おもりを持ち上げる。エネルギーの移り変わりを実感させる。（実は、バッテリーの中身は１Ｆコンデンサー。）
（写真下右）ストローとマッチ棒の吹き矢。ストローの長さと仕事との関連を考えさせる。
（写真下左）力学的エネルギー保存の法則の検証として、振り子の最初の高さと、最下点での速さの関係を調べる実験。道具はシンプルに、糸とナットとビースピとスタンドだけ。
（写真下右）ばね定数を学ぶ前の導入として、スパゲティーにクリップをぶら下げていき、しなり具合を測定する。けっこうリニアな関係になる。
（写真下左）鉛筆の先(尖っていない方)に、キャップのようにプラスチックのばねをかぶせ、下に引っ張って手を離すとぴょんと跳び出す。伸びと、到達する高さの関係を調べて、弾性エネルギーを学ぶ導入とする。
（写真下右）鉛直ばね振り子用のばねにおもりをつけて、自然長で手を離す。下に伸びきるときのばねの伸びを測定させ、力学的エネルギー保存の法則を検証させる。生徒実験のときには、固定した定規に「自然長の位置」「つり合いの位置」「最下点」というラベルを貼らせている。そうすると、各班ごとの状況がわかるので、指導しやすい。
オイラーの円盤 高橋さんの発表
直径10cm、厚さ1cmほどの重い円盤を、凹面鏡型の台の上で軽く回すと、コインを回した時に止まる前の「あばれる状態」が延々と１分以上続き、止まる直前にはかなり大きな音がする。回っているように見えますが、実際にはほとんど上下の動きだけであることが、スローモーション動画で見るとわかる。動画はここ。スローモーション動画もどうぞ。
YPCでは小河原さんの紹介で有名なアメリカの通販「Educational Innovations」で$24.95＋送料。名前の由来はもちろん数学者のオイラーだが、オイラー本人の知るところではない。詳しくはこちらのサイト（英文）で。
リング磁石の実験 飯島さんの発表
飯島さんはリング磁石のまわりの磁場に興味をもっていろいろな実験を工夫している。大型リング磁石のS極側の穴の真上にフェライト磁石のS極を上にしてバランスを崩さないように補助してやると宙に浮く。本来ならNSの引力で引きつけられそうなものだが、穴の中心からある一定の距離のところに斥力となるポイントがある。小さなネオジム磁石を筒に入れ、リング磁石をかぶせた形にしても同様である（写真下右）。
このポイント付近では比較的安定なつり合いが保てる。画鋲の上に針金を立てたり、フェライト磁石を静止させたりすることもできる。
リング磁石ではなく円柱形の小磁石を三角形に配置した場合でも針金が落ちずに固定されるスポットができる。ストローのようなものでガイドしてやればリング磁石の穴の真上に鋼球を静止させることもできる。
正方形に配置した４極の電磁石でも同様のスポットができることを確かめた。この不思議なスポット付近の磁場はどうなっているのだろう。磁界センサーで直接測定したり、シミュレーションで視覚化したりしてぜひ解明したいものだ。
地球ゴマより安価に 田代さんの発表
最近は地球ごまがなかなか手に入らない。そこで田代さんは、ダイソーのハンディ扇風機や漬け物の瓶の蓋、洗濯ばさみなどを使って、ジャイロ効果を確かめられる装置を作った。これならば１００円＋α
ですむ。
蓋が回転していないとき軸が水平になるように洗濯ばさみの位置を調節しておき、今度を蓋を回転させて、軸を斜めにし手離すと、みそすり運動が顕著に見られる。動画はここ。
写真右のようにガラス製の鍋蓋をドリルに取り付け、回転しているとき手で揺すると、奇妙な手応えを感じる。
尻熱鳥 田代さんの発表
平和鳥と呼ばれているものは立派な熱機関である。本来のやり方は頭部のフェルトを水で濡らし、水が蒸発熱をうばうことによって頭部の温度が下がり、尻部との温度差が生じることによって動作する。
尻部と頭部の温度差が生じればよいのだから、頭部は乾いたままでも、尻部を加熱すればやはり熱機関として動作するはずである。高温のはんだごてを尻の部分に近づけるとちゃんと動作する。
波の位相と重ね合わせ 近藤さんの発表
日立の外村彰さんの講演で見たデモに刺激されたという近藤さんは、波の重ね合わせを演示する装置を自作した。左の写真はそれぞれ同位相、逆位相でアームがスイングする駆動装置である。波を伝える媒質はプラスチックのバネを天井からつるしたもの。
同位相の波を送ると出会ったところ（白球）で大きな振動が見られる（同位相の動画）。逆位相の場合は白球は動かない。波が打ち消し合っているのだ（逆位相の動画）。
簡易型正弦波演示装置 近藤さんの発表
2003年11月例会で原田さんが発表した波動説明器に触発された近藤さんは、その簡易版を生徒一人ひとりに作らせたいと考えた。左は説明用モデルで、実際には写真右のように発泡スチロールの円柱につまようじを立てて作る。
つまようじを刺す穴を決めるゲージがこれ。発泡スチロール棒をこの中に差し込み、外から穴を順につついていけばらせん状の穴を正確に開けることができる。
リーごま再々 石井さんの発表
磁石の回転に伴いリードスイッチで駆動コイルをオンオフして回転磁石を加速するリードスイッチ式永久コマを石井さんは「リーごま」と呼んでいる。左の写真で時計皿のすぐ下に見えている白い部分がリードスイッチである。右の写真では待ち針の頭の部分を2個の磁石ではさんで、手に持った別の磁石で針を吊るして回転子としている。板状ゴム磁石を使って回転子の形をいろいろに変えると、回転子の慣性モーメントが小さいほどよく回ることが確認できる。
木ねじの頭にはドライバーを刺す切り込みがあるので、小型のネオジム磁石を「横向き」に固定しやすい。これだけで非常に性能のよい回転子ができる。針や釘にスパンコールをとりつけると回転を制御できる。吊られている磁石と上で吊っている磁石が干渉してしまう場合は釘や針を長くするとよい。さらにローターの磁石が大きいと電磁石の鉄芯に引かれてしまうので空芯コイルがよい。右の写真ではトランスの鉄芯を抜いたもので大型回転子を回している。動画はここ。
テルミット反応 渡辺さんの発表
今も列車のレール溶接で利用されているテルミット反応の教育用実験キット紹介。
鉄板で底の穴をふさいだ専用のるつぼ（左）に500ｇの酸化鉄とアルミ粉を混ぜた材料（右）を入れてふたをし、電気花火のような着火材を使って点火する。
テルミット反応によりるつぼ内部は2000度以上の高温になり、赤熱して溶け出した材料が下に流れ落ちる。るつぼの底の穴をふさいでいた鉄板も溶けてしまう。
高温の上にかなりの量だから冷えるまで時間がかかる。さめて取り出した塊は、上部にスラグをかぶっているが、スラグをたたき壊すと下の部分にきれいな鉄が取り出せていることがわる。このキットはナリカより4月発売予定。「テルミット実験セット」価格8万程度の予定。迫力の動画はここ（ただし約68MBあり重いので注意！）。
バットディテクター 渡辺さんの発表
バットディテクターは15k〜130kHzまでの周波数を受信して、人の耳に聞こえる100〜12kHzまでの音に変換する。こうもりの超音波を受信し探す道具だが、超音波受信機としていろいろな超音波の実験に利用可能だ。ナリカより近日発売予定。G40-7200 バットディテクター 17500円。
コーティングの色は何色？ 水上さんの発表
水上さんは例会会場へ向かう途中、秋葉原の秋月電子通商で凹レンズと凸レンズ（各1個100円）があったので生徒の手元実験用にと12個ずつ購入した。このうち凹レンズ（片側は曲率半径Rが小さい凹面，逆側はRが大きい凸面）の反射光を観察してみると、凸面を上にした場合（写真左）凸面による反射光（大きく映った蛍光灯）は赤みがかっているが、下側の凹面が作る「凸面鏡」による反射光（小さいほうの蛍光灯）は青みがかっている。
一方、同じレンズの凹面を上にした場合（写真右）上側の「凹面鏡（R小）」による反射光（小さいほうの蛍光灯）の色は自然のままで、下側の「凹面鏡（R大）」による反射光（大きいほうの蛍光灯）は赤みがかっている。
そこで宿題。「この観察から，凹面鏡のコーティングについてわかることは？」「さらにどのような観察が必要？」
ポリエチレンの接着 車田さんの発表
電通大例会で桜井さんが発表した「所さんの目がテン11/21」では、ソーラーバルーン作成の際にゴミ袋562枚を幅広テープで貼り合わせていた。車田さんはもっと手軽に接着できて軽量化できる方法を紹介してくれた。昨年1月相模原緑ヶ丘中学での神奈川理科サークル例会からの情報だ。
ポリエチレンの加工に使うシーラーには、３０Ｗの半田ゴテを利用する。先端は曲がっているものが使いやすい。接合したいポリエチレンを重ね、上から半田ごてでなぞるだけで、なぞったところが熱圧着する。直接なぞるとなぞったところが切れるが、切れても上下は接着する。切断したくないときは左の写真のようにセロハンをかぶせると切断せずに接着できる。
再利用可能な手作りモデルロケット 越さんの発表
03年4月の例会で紹介したものと同じ。固形燃料を厚さ５ｍｍのスポンジゴムで巻き、紙筒に押し込み固定する。こうしておくと回収したロケット本体は固形燃料を取り換えれば再利用できる。また逆噴射時、パラシュートが燃えないようにリカバリーワディング(不燃布)を固形燃料とパラシュートの間に入れておくが、代わりにアルミホイルを丸めた物を用いても良い。さらに、ノーズコーンや尾翼の作りで飛び方がずいぶんと違ってくるので、奥が深くて面白い。
LED電球、電球型蛍光灯、白熱電球 越さんの発表
09年8月の例会でも紹介されていたLED電球だが、白熱電球、蛍光灯と比較してみると面白い。
40ワット型白熱電球、消費電力36W、 寿命 およそ1000時間、 価格105円
40ワット型蛍光灯型電球タイプ、消費電力8W 寿命 6000時間 840円
40ワット型LED電球、消費電力4.1W 寿命40000時間3880円
手で触れてみると、表面温度の違いが明らかだ。白熱電球は熱くなる、蛍光灯は発光部が温かくなる、LED電球は回路部が温かくなるが発光部はほとんど温かくならない、ということが実感できる。3つを比べてみると明るさはほぼ同じなのに、発熱量の違いが際立っている。
星つむぎの歌 越さんの紹介
08年3月、スペースシャトルエンデバーに搭乗した土井隆雄さんのウェイクアップコールとして選ばれた「星つむぎの歌」。これは土井さんの出身地である山梨版の宇宙連詩として作られた。その詩は全国から一般公募され、2000人以上の応募の中から選ばれた1行詩の連詩として構成されている。作曲は財津和夫さん、歌は平原綾香さん。山梨県立科学館のプラネタリウム番組として上映されたものが09年に絵本としてCD付で発売された。
さらに池袋サンシャインシティのプラネタリウム「満天」で「いのちの星の詩」という番組が上映されているが、これは、「星つむぎの歌」を歌っている平原さんのナレーションと歌で綴られている。
「大気圏や磁気圏などにより、地球上の生命が十分な進化を遂げられるだけの長い時間守られてきたので、奇跡的に今、私たちがいる。」と、土井さんの乗ったスペースシャトル打ち上げにも立ち会った平原さんは語っている。
折り紙の影絵の不思議 加藤俊さんの発表
Tessellationオリガミと呼ばれる一枚のA4用紙から折りだけで作られた作品。きれいなパターンが見られるが、これを明かりの方に向けて見える影絵（写真右）を裏返すと違うパターンのように見える。透過光なら裏表同じように見えそうな気がするが、違うように見えるのはなぜだろう。
シルエットパズル・他 加藤俊さんの発表
６ピースをいろいろ並び替えて様々なシルエットを作り出すパズル。１６種の問題を用意したが、難しいものもある。一番難しいのは６片で正方形とするものである。
他に、３ピースを並び替えて魔女と黒猫を空を飛んでようにするパズルとアリスのチェシャ猫が１匹消えるパズルがセットになっている。例会にて希望者に配布された。
パソコンや映像教材の授業への活用法 北村さんの発表
北村さんは12/12に都理研の研究発表大会で発表したプレゼンを再現してくれた。まず、理科の授業にすぐ活用できるシミュレーション、計測、映像ソフトの紹介。JSTの理科ねっとわーくのデジタルコンテンツは北村さん自身が制作に関わったものもあるが、すぐれもののコンテンツが無料で手に入る。北村さん自身のホームページでも自作ソフト70本が公開されている。ナリカのイージーセンスをはじめとするコンピュータ計測用のデータロガー、センサーは今や理科教育に必備だろう。力学用には最低限超音波距離センサーをまずそろえたい。デモや教材提示用の環境としては明るい液晶プロジェクターがまずほしい。
ＩＣＴ機器の導入は各校でも進んでいるが、かつてのティーチングマシンやＦＣＡＩのように無用の長物とならないようにしたい。コンテンツは自作しようとすれば膨大な時間を浪費するので、上記のような資産を有効活用することをまず追求すべきである。
物理教員の育ち方・育て方 北村さんの発表
同じく都理研での発表から。北村さんが新採だった25年前は生徒にも教員にも自由と寛容の精神があり、物理教員も自然に育ったが、今は都立校の教員をとりまく環境が厳しいと北村さんは嘆く。多忙感もさることながら、学校に物理専門が一人だけという環境では物理教員は育たない。初任研やセンター研修でも物理の講座は少ない。
北村さんは若い物理の教員に向けて、「最初の3年は物理の力を養え」「休暇を取ってでも自発的な研究会・研修会に参加して仲間を増やせ」「生徒の反応に学んで授業を改善せよ」「教員としての自分のスタイルをしっかりと身につけよ」などと呼びかけた。ＹＰＣのコンセプトと通じるものがあり力強く感じる。
超小型発電機 竹内さんの発表
ハンドルを回すと白色ＬＥＤがともる。大容量コンデンサー内蔵で、ハンドルを止めてもしばらく光る。同様の手回し発電機は多種あるが、これほど小さいのは初めてだ。超小型モーターが発電機として使われているに違いない。
教員のための博物館の日 加藤智子さんの紹介
12月26日（土）国立科学博物館で「教員のための博物館の日２００９」が開催される。昨年度から始まったイベントだ。チラシを持参すると教員は入館料が無料となり常設展示が自由に見られる。授業に役立つ体験プログラムも多数用意されており、学芸員による教員向けのスペシャルガイドツアーにも参加できる。 加藤さんの紹介でＹＰＣから参加した人の評判は上々だった。
月へのロケット 吉澤さんの発表
吉澤さんは地球からある初速度で打ち上げられたロケットが、途中でエンジンの噴射をしないで地球からの万有引力と月からの万有引力だけを受けて飛んでいく場合を考察し、そのシミュレーションをExcelで作成し、高校生向けの読み物を執筆した。ロケットの初期条件によってその飛行軌跡が異なるが、8の字の形（自由帰還軌道）で月をまわって地球に帰って来ることもできる。2007年9月14日に打ち上げられた月探査衛星かぐや(SELENE)も、当初この8の字軌道をとった。
高校生向けの読み物，及び２種類のExcelファイルは、以下のアドレスから入手できる。先頭ページから「物理のレポート集」をクリックするとダウンロードが可能となる。http://www.hi-ho.ne.jp/touchme/
天気検定実施しました 伊藤さんの報告
伊藤さんは自校の生徒有志に、2009年8月例会で安浪さんから紹介があった「第５回天気検定」をモニター受検させた。問題内容は「けっこう難しかった」というがよい体験になった。検定結果は1月に通知される。
実験をどう生かすか 山田さんの発表
山田さんは物理の授業では「演示実験→討論」にとどまらず、「生徒実験→レポート」のスタイルをもっと深めるべきだと考えている。課題は装置の数や財源、レポート指導に時間がかかること、生徒の意欲の問題などである。レポートは単に提出させることで満足してはいけない。フィードバックこそが大切で、時間をかけてつきあうことが重要である。試験とレポートを連動させることも必要だ。
グラフが適切に描かれているかどうか、原理や考察の記述内容が整理されているかどうか、誤差原因の説明にこじつけやつじつま合わせをしていないかなど、レポート指導を通じて科学の大切な心構えを教えたいものだ。
物理デモンストレーションDVD 鈴木さんの紹介
カレッジサイエンスという会社が制作した、物理現象デモンストレーションDVDの紹介。97年11月例会にわざわざ大阪からＹＰＣ例会に参加してくれた想い出もなつかしい四天王寺高校の檀上慎二さんの主演・監修。豊富な演示実験をまとめていて、教員自身の参考資料として価値があり、実際に授業で演示できない場合でも、授業でこの映像を見せるという利用もできる。１話３分以内にまとめてあるので、授業の流れを妨げない。
Vol.１力学・振動・波動・光編でDVD２枚５０テーマ。Vol.2電磁気学編でDVD２枚５０テーマになっている。
ホームページhttp://college-science.com/phys_dvd.aspxを見ると定価（価格）が書かれているが、割引もあるようなので、ホームページにある連絡先に問い合わせを。
NHKおはよう日本で理科教室紹介 竹内さんの発表
９月２６日（土）朝のＮＨＫニュース「おはよう日本」関東甲信越枠の中で、竹内さんの出前ミニ・エクスプロラトリアムなどの取り組みが10分弱にわたって取り上げられた。取材は４日間５時間以上に及んだという。実験道具に群がって生き生きと学ぶ子供達の映像と共に流された「原理より大切なのは現象をつかむこと、原体験である」という竹内さんのメッセージが印象的だった。
二次会 御徒町駅前「おかってや」にて
19人が参加してカンパーイ！。ナリカでの例会は毎年盛況で、一年で一番人数が多い。例会本体は椅子が足りなくて立ち見が出るほどだった。発表件数も今年最多だった。
終わった後はいつもの店で忘年会。政権が交代して教育政策や科学技術政策はどうなるのだろうか。来年は「理科教育冬の時代」を抜け出すことができるだろうか。冬に耐えて日本の理科教育を支えている人たちがここにいる。
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