例会速報 2025/07/13 世田谷学園中学校高等学校・Zoomハイブリッド
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ＹＰＣ例会のもようを写真構成で速報します。写真で紹介できない発表内容もありますので、詳しくは来月発行のＹＰＣニュースで。例会ごとに更新します。過去の例会のアルバムはここ。
授業研究：１学期の授業報告・手品を用いた摩擦の導入 菅野さんの発表
菅野さんは高校２年生の物理基礎の授業を担当し、１学期の授業のまとめを報告した。
変位と速度と加速度では斜面に球体を滑らせ、ビースピを用いて速度・加速度・変位のグラフを作成した。斜面を９０度にすると自由落下になるという話から重力加速度に繋げ、現実ではアルミカップのような抵抗力を受けている事で加速度が変化することから、運動方程式の導入へとつなげた。
抵抗力の１種として摩擦力が挙げられる事から、摩擦の話に移った。摩擦の導入として菅野さんは手品を用いた導入を行った。
手品の流れとしては、果物が描かれたカードを見せ、いろいろな果物が描かれていることをアピールする。手伝いを1人募り、それ以外の人にはあらかじめミカンを用意していることを見せる。手伝いの人に果物のカードを選ばせる。一見ミカンが描かれているカードにしか無いように見えるが、選ぶとレモンに変わってしまうというものである。
手品のタネは1枚のカードにミカンとレモンの2枚カードが重なっており、渡すときにレモンが描かれたカードを分離するというもの。実際にはカードの表裏で摩擦力が異なるようにスプレーを塗ってあるため、みかんだけを相手側に見せることができる。授業の流れとしては種明かしをした後に、手品をやるコツとしてどのようにカードを押さえるとうまく手品を行うことができるかを考えさせる。カードを合わせる面と、押し込む力によって摩擦力が増減することを体感させる。
この手品は枚数が用意できないところが難点だったため、菅野さんはトランプで似たような手品を用意して授業に臨んだ。相手が任意のカードを１枚指定すると、そのカードだけ裏返しになって現れるという手品である。これも2枚カードが裏表に重なっているのがタネだ。
授業ではこのトランプにマグネットを張り付けたものを用意し、黒板に張り付け、引くことによって摩擦力の計測の実験を行った。トランプの面を変えることで摩擦力が変化すること、摩擦に関係があるのは重力ではなく、物体同士が押し合う力＝垂直抗力に関連することを発見させる狙いである。
「生徒の参加率もよく、摩擦の概念をとらえる導入としてはかなり手ごたえがある」と菅野さんは振り返る。斜面の実験やエネルギーの実験は学校にある実験装置を用いることができた。「2学期も様々な実験を行っていきたいと思います。」と菅野さんは語った。
三力のつりあいの演示 鈴木さんの発表
2008年5月例会で、水上さんが３：４：５の木製の大型三角定規と黒板つりあい演示用滑車（木製１ｍのもの）を紹介している。そのとき水上さんがYPCメンバー用に余分に作ってくれたものを原価で購入した人も多いだろう。しかし、鈴木さんが今教えている、大学での物理復習講座ではその教具を持っていくのは非常に困難なので、簡単に持参できるものを工夫した。
まず、演示用滑車はナリカなどの黒板貼り付けの滑車2個を用いる（ナリカC15-1306など）。そして大型三角定規は、工作用紙で作る。工作用紙にはすでに方眼が描かれているので、そこで40cmと30cmの直角を取って線を引けば、斜辺は自動的に50cmになる。それをカッターで切れば良い。もちろん、見栄えは水上さんの木工品にはるかに劣るが、すぐに作れて持ち運びも楽なので、まだこの大型三角定規を持っていない人にはお勧めである。
展開は、まず同じ大きさの3力の場合を行う。おもりは、同じ質量のおもりを12個用意する。滑車2個を黒板に同じ高さにセットし、タコ糸を水平に渡して、左右に4個ずつ（25gのおもりなら100g）つるし、真ん中あたりにフックをそのままタコ糸にかけて、4個（100g）つるす。このとき真ん中の糸の角度は何gになるか考えさせる。左図は、パワーポイントでの出題と解説場面。左図は同じ3力のパターンでこのあとスライドのアニメーションでこの3つのベクトルを連結すると正三角形になることを示し、糸の角度が120°になるということを説明する。なお、例会の演示では25gのおもり4個と、100gのおもり２個を用いた。
そして、右側につるしているおもりのうち一つを、真ん中に移動させると、角度はどうなるかを問いかける。つまり、左から順に100g（4個）、125g（5個）、75g（3個）にする（左図）。もちろん、3：4：5なので真ん中の糸の角度は90°。それもアニメーションでベクトルを移動して直角三角形になることを示し、さらに上の2つの角度も工作用紙で作った三角定規の残りの2角とぴったり同じになることを示す。なお、右図ではスライドと左右が逆になっている。
この組み合わせだと、おもりの組み合わせをすんなりと変えられるので演示の展開がスムーズで、生徒の思考を中断しない。
TEMUで買ったスターリングエンジン 菅野さんの発表
菅野さんは、春に中国の通販サイト「TEMU」でSpringセール（いつも何かしらのセールはやっている）で安い実験道具をいくつか買った。スターリングエンジンが元値7780円から90パーセントオフで売られていたので買ってみたところうまく機能したため例会で紹介した。
付属の小さなアルコールランプに火を付けると30秒程度で回転し続けるようになる（左図）。小型の発電機と出力用のUSB端子もついており、スマートフォンの充電ができるほどではないが、100円ショップで売っているライト程度であれば灯すことが可能である（右図）。
他にも実験道具や理科に関する情報が描かれたシャツが安く売られているため、TEMUを利用してみるのも面白いかもしれない。ただし、海外サイトなので支払いはクレジットカードを登録するのではなく、必ずコンビニ払いにすることをお勧めする。
岩石薄片の偏光観察 宮本さんの発表
宮本さんは、昨年度の東レ理科教育賞の奨励作を受賞した、岩石薄片の簡単な偏光観察の方法を紹介してくれた．
従来の顕微鏡やポラスターの代わりに、生徒各自のスマホやタブレット端末のカメラ機能と、100円ショップで売っているスマホ・タブレット用のクリップ式顕微鏡レンズ（倍率15倍）を使った。光源としてイラストなどを描く際に用いるトレースボード（左図）を採用し、偏光板（偏光シート）はナリカなどで一般的に購入できる5cm角の0.2mmのものを使う。さらに、Amazonで購入したラボ用のミニジャッキ（約800円）を上げ下げしてカメラのピントを調節する（右図）。
観察の装置自体は非常に簡単な作りだ。偏光板を直交状態のまま、従来の偏光顕微鏡のステージに相当する部分を回転させて薄片を観察したかったので、蓋つきのシャーレを用意して、シャーレの本体側だけを回転できるように厚紙などで作った手回しリングを貼りつけておく。そして、トレースボード表面とシャーレの蓋側に偏光板を貼り、シャーレの本体の中に岩石薄片を入れて、蓋を手で押さえた状態で手回しリング本体を回転させれば、偏光板を動かさずに薄片だけを回して観察することが可能になる。これで消光角や干渉色などもちゃんと観察できる。
宮本さんは、この実験観察の内容で、東レのブースから科学の祭典にも出展した。子どもから高校生、大人までみな薄片の綺麗な画像を堪能でき、岩石薄片の美しさや、偏光観察の奥深さを味わえたという。
観察の詳細は、以下の東レの受賞作一覧サイトに掲載されている宮本さんの受賞論文を参照されたい。
テンセグリティ構造に興味を持ち作ってみた 古谷さんの発表
古谷さんは前回例会で喜多さんが報告した「テンセグリティ構造体」に興味を持ち、演示用の大型のものを作ってみた。
古谷さんはまず研究のため、Amazonで購入したもの（左図 ）を組み立てたが、家族に「不思議でしょう」と投げかけたところ、「何が不思議か意味が通じない！」とそっけない態度をとられてショックを受けた。そこで、「パッと見て、不思議さを感じるものを作ろう」と考えたのが製作の動機だそうだ。
製作のポイントは大型のものを作ること。構造物は木材にし、不要になったミニ温室の材木を最大限に活用した。さらに、テグスを使いヒモの存在感をなくした。
遠くからだとテグスが見えないので上の構造体が宙に浮いているように見える。軽い物ならその上に乗せることも可能だ（左図）。製作上工夫した点は、直角に交わる部分にL字金具を使い接合部のたわみを防いだこと。また、上の構造体を釣るテグスは長さの調整ができる構造にしたほか、手で直接持ち上げることが可能な作りにして力加減を体感できるようにした（右図）。青森の野呂さんがFBに掲載した、L字金具を使った工作も参考にしたという。
自由落下と斜方投射 越さんの発表
越さんは授業で、ガリレオの斜面の実験を行った後、水糸に10、30、50、70、90cmおきにナットを結び付け自由落下させる実験を行っている。床にお菓子の缶の蓋を置き、その上に落下させると、等時間間隔に衝突し大きな音がする。同じ時間毎に落下距離が20cmずつ長くなる事から、自由落下運動も等加速度直線運動である事がわかる。スローモーション(1/8倍速程度)で撮影すると、分かり易い。越さん提供のYouTube動画はここ。
次に、2024年7月例会で紹介した「ピョンピョンうさぎ」をDVDケース(50 枚入り用)のフタの中に入れ鉛直投射させる。
さらに、これを力学台車に乗せ、台車を等速直線運動させる。静止した観測者から見ると、ピョンピョンうさぎは斜方投射され、放物線を描いて飛び、台車上のフタの中に落ちる。ピョンピョンうさぎは個体差があるので、複数個購入し、待ち時間が短く、鉛直上方に飛ぶ物を選んで実験を行った。越さん提供のスローモーション動画はここ。ピョンピョンうさぎにの入手情報はここ。
摩擦の実験 喜多さんの発表
喜多さんは2019年7月の例会で紹介した「黒板に付く車Ver.2」（左図）を、今回は平らな机の上で摩擦の実験に使用した。垂直抗力を大きくすることにより、摩擦力が大きくなることを示す。
装置は右図の通り。布地の一端にミニクリップを付ける。そして、車のプレートとミニクリップをＳカンでつなぐ。
布地の上に200gのおもりを3つ載せてスイッチをいれる。布と天板の間の摩擦力が大きく動かない。別のおもりを一つ取り上げ（左図）、車の後輪（動輪ではない）の辺りに置くが動かない（右図）。
次におもりを車体中央部に置く（左図）がやはり動かない。最後に前輪（動輪）の上に置くと前輪のタイヤと机の間の摩擦力が大きくなり動き出す（右図）。
電動ゴキブリ 加藤さんの発表
加藤さんは、2025年5例会で紹介した藤沢ドンキホーテで入手の電動歯ブラシの本体に厚紙と結束バンドをつけてで巨大なゴキブリの形にした。微細振動によりゴキブリは動くが前方には進まず、横方向に進むようになってしまった。もう30年近く前の話になるが、かつてＹＰＣ例会でも「振動ゴキブリ」なるおもちゃの開発が流行ったことがある。なつかしい。
こわれたメガネ 加藤さんの発表
加藤さんは、メガネの耳掛け部分が壊れてしまったので紐で耳掛けを作ったが、メガネが鼻の上でとどまらず落っこちてうまくいかない。そこで針金を芯にして耳掛けを作り、ビニールテープで巻いた。レンズを目の前に固定する位置や角度が重要らしい。
パズルなど 加藤さんの発表
パズルが大好きな加藤さんがコレクションの一部を披露。左は立方体を同形の四面体12ピースに分割して辺で繋いだ形でいろいろな立体を組み上げるパズル。72通りを組み上げろと説明にはあるが、おそらくもっと多そうに感じる。右は木製の立方体の木枠から中のピースを取り出せという、加藤さんが40年前に入手したパズル。簡単そうだがなかなか手強い！
下は2023年12月例会で加藤さんが紹介していたiPhoneケース。当時、「10年ほど前に200個ほど譲り受けた。」と言っていたもの。当時は膨らんでいなかったリチウムイオン電池が明らかに膨らんでいる。これは危険だ。火事を出さないうちに電池だけでも適正に処分した方がよい。中を分解して遊んでみたいという人は現れなかった。
生徒の質問 鈴木さんの発表
鈴木さんは「質問書方式」で行っている授業での質問のうち、興味深いものを紹介した。写真では5つの例が掲載されているが、2番めと3番目は、力学の生徒のつまづきの典型例。2番め（右図）は運動の法則を学習した後、その確認として行っている課題＋演示実験。台車2台と1台を同じゴム紐で引くと、どちらが早くゴールするか、という課題。ma=Fをきちんと理解して使いこなせるなら、全員1台の方が早い、となるはずだが、同じという予想や2台の方が早いという予想が一定程度の割合で出てきてしまう。運動の法則をやっているのに、である。その誤答の予想の理由についての質問だ。2台のほうが質量が大きいので、それを引く力が大きくなっている、と思っている（授業でも議論しているし説明しているのだが納得できていない）という生徒の質問だ。鈴木さんは、力はフックの法則で決まるのだから同じだ、と答えているが、これでも多分納得はできていないだろうと感じている。
3番目（左図）は運動の法則の2体問題。左の物体が指から押される力と右の物体が内力で左の物体から押される力が違うということにこの生徒は納得していない。これも、答（解説）は、接触力は相手が違えば違う力だ、と言うしかないが、これも納得できていないと思われる。
鈴木さんは「今回のこの2つの質問は、生徒のつまづきの例として出したが、これをどう理解させていくかが非常に難しい。授業で100％の生徒に理解させていくことはじつは難しく、必ずある程度のついてきていない生徒を生み出してしまっているはずだが、この質問書方式だとそれが浮き彫りになる。そこにどうアプローチするかが大きな課題だろう。」と発表を結んだ。
最後の例は笑い話のおまけ。仕事の授業で振り子で紐の張力は進行方向に対し常に直角の向きだから仕事はしていない、と説明しているが、それを張力は「働いていない」と頭の中で「翻訳」してしまい、こういう質問になったのだろう。これも「仕事する」と「はたらく」は日常語と物理用語では違う、と言い続けるしかない。例会では、「力がはたらく」は漢字の「働く」と書いてはいけない、という指摘があった。
ローレンツ力の反作用は 小河原さんの発表
いつ頃のことか定かではないが、小河原さんが故鈴木亨さんと何か議論（おそらく物理教育56-4の内容で、この論文はJ-Stageで検索可能）していた際、鈴木さんが「作用反作用の法則は奥が深い」ともらしたそうである。小河原さんが「例えば？」と聞くと、鈴木さんは「では、ローレンツ力の反作用はどの力？」と聞いたらしい。小河原さんは、一瞬詰まったものの、小河原さんは授業で生徒に教えていることを思い出し、それを使って回答したところ「正解」と言われたそうである。（ヒントは、何が何から受ける力という表記方法で考えたことらしい。）
板書の図は例会の場で具体的に考えた様子だが、左側ではfとf’が正反対向きになっているものの、右側の図では導線中の2つの自由電子が受ける力は、下の負電荷のfと正反対向きにならない。これは、どのように説明すれば良いのか？
ここから先は、ぜひ各自でお考えの上、正解は故霜田光一先生の論文（物理教育25-3, 同25-4）をご確認いただきたい。なお、物理教育56-4では、教員採用試験の問題が間違っていたことが紹介されていて衝撃的である。それだけを見ても、作用反作用の理解がいかに難しいのかが実感できるかもしれない。
説明するためのモデル選択 櫻井さんの発表
櫻井さんは熱学分野の話をするときに、熱伝導の話もするようにしている。例えば、90℃のお湯に触れるとやけどするが、90℃のサウナには平気で入っていられるのはなぜか。ある教科書では、空気の比熱容量が小さいからだと説明されている。それはそうだが、熱伝導率に触れなくてよいものだろうか。後に、熱を運ぶのがフォノンなのか自由電子なのかという話をするようになると、比熱と熱伝導率は独立に変化する可能性が出てくる。現状、熱伝導に関する学習は小学校だけ。「伝導・対流・放射」というやつだ。中学校では学習しない。教科書にないことで、教員もそれを使って説明しようとしなくなることに、櫻井さんは問題を感じている。生徒に物理現象を説明するときに、正しいモデルを採用しないと、後でで誤概念を生むもとになりかねない。
もう一つ、重力質量と慣性質量の話。重力の大きさが質量（重力質量）に比例することは比較的イメージしやすい（右図）。
櫻井さんは授業で、左図のような問題を投げかけた。生徒はヘリウム風船をくっつけると質量が小さくなると考え、アと答える者が多かった。慣性質量と重力質量の区別ができていないということだ。櫻井さんがイメージしたのは右図のような状況だったが、このクイズを出したときには図は添えていない。会場の出席者からは、解答した生徒にイメージが正しく伝わっていなかったのではないかという指摘もあった。
本の紹介１ 宮崎さんの書籍紹介
（左図）安野史子編著「先生のためのCBT問題事例＆作成ガイドブック 高等学校 数学・理科」（学事出版）2800円＋税
CBTとはComputer Based Testing のこと。従来の紙ベースのテスト(PBT)の置き換えではないテストを概観すると「ねらい」にある。Ⅱ部にはデジタル問題の事例が、Ⅲ部の6章には問題のタイプの分類があり、参考になるものもある。
（右図）Editer Allan G.Harrison and Richard K.Coll著「Using analogies in middle
and secondary science classrooms」6,510 円(税込)アマゾンにて
「教師が難しくて抽象的な概念を創造的に説明するのを助けるために書かれた。細胞、地球温暖化、電流のための複数のアナロジー、化学反応や物質の状態のためのロールプレイ、プレートテクトニクスやDNAのアナロジーなどをいくつか含めた。人気があり信頼できるアナロジーを集めた。」しかし、「私たちのアナロジーやモデルを決定的なものと見なさないでください。」そのアナロジーが生徒に有用なのか、混乱をまねくものなのか、授業者が考える。
本の紹介２ 市原さんの書籍紹介
市原さんが、原子分野の中で、本屋に寄る度に「載ってるかな？」と探していた話が２つある。
１つは「ラザフォードが原子核散乱の実験に使ったα線源はキュリー夫妻から譲り受けたものである」という逸話の出典。もう１つは「コンプトン散乱で検出器の手前に方解石を使うのは何故か」という理由だ。このほどようやくそれらが載っている本を見つけたということで紹介があった。
兵藤友博著「揺籃の実験科学」（ムイスリ出版）。「揺籃（ようらん）」とは「ゆりかご」のことだ。19世紀末〜20世紀始めの、原子物理学が始まった頃に焦点を当てた本である。出典を割と明確に載せてくれているので、引用元を辿るのに役にたつ。少なくとも、「この論文、または書籍を読めば探せそう」と思わせる作りになっている。画像がそれなりにあるので、この本単体でも資料性は十分高い。
鈴木さんは理科教室の書評関係で知っていたが、市原さんは、置いてある本屋は少なそうなので、手元に置いておかないと書店から消える可能性もあるか？ と思って購入した。文章にやや癖があり読む人を選ぶと思われる。生徒に紹介するなら全員向けではない、とのこと。「買おうかな？」と思った人は中を読んでからの方が良いと思う、と注意を発する前に、会場ではその場でネット注文のボタンを押した若い先生もいた。YPCは勉強熱心である。
二次会 三軒茶屋駅前「満天酒場三軒茶屋店」にて
10名が参加してカンパーイ！例会本体には対面で23名、オンラインで9名、計32名の参加があった。今回の例会会場は初めてだったが、交通の便がよいためか参加者が多かった。いろいろな学校現場を見学することも大変参考になる。例会会場の立候補を期待している。
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