【中3理科・指導案】仕事と仕事率のわかりやすい授業(1)

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こんにちは、育伸開発です。

中3理科の学習単現に「仕事」と「仕事率」があります。教える側にとっても、なかなか難しい単元だと思います。

そこで、こう教えれば生徒にとってわかりやすい!この教え方は生徒の力がつく!そんな授業が世の中に広がることを想像して模擬授業を作成しました。

塾の先生になったばかりの方、特に参考にしてみて下さい。そして実際の授業で取り入れてもらえたら嬉しいです。また、理科を勉強する中3生のみなさんも授業を受けるつもりで読んでいただければ理解に繋がります。勉強頑張って下さい。

仕事を理解する上でのポイント

  • 仕事(量)、仕事率の違いを押さえる
  • 仕事は力を加えた方向に物が動くことで行われる
  • 仕事量は何ニュートンの力を加えて何m動いたかで出す(N×m)
  • 仕事(量)の単位はJとなる

今回の模擬授業は仕事についてまでとなりますので、その内容までのポイントを紹介しています。では模擬授業を始めます。

仕事率については「【仕事率を出せるようになる授業】中3理科・仕事の指導案(2)」の模擬授業をご覧下さい。

仕事とは

先生:気をつけ、礼。お願いします。今日から新しい単現の「仕事」について勉強していくよ。この単現では仕事や仕事率が何を意味しているのか理解しよう。そして、問題を解く時に仕事を何Jしたのか、仕事率が何Wなのかを出せるようにしていこう。今日は仕事と仕事量について勉強していくよ。準備いいかい?

生徒:はい。

先生:まず仕事なんだけど、これは会社に行ってする仕事のことではないよ。物に力を加えてその方向に物が動いた時の、力の大きさと距離の積のことなんだ。単位はJ(ジュール)で表すよ。でもこれだけの説明だといまいち良くわからないよね。具体的に見てみよう。今先生が机にあるこの辞書に力を5N加えたとするよ。そして2m動いたとする。そうすると・・・

5N×2m=10J

こうなるよ。このように加えた力をNで表して、それに移動した距離をmの単位で掛ければ仕事の量がJという単位で出るんだ。じゃぁ質問するけど4Nの力を加えてこの辞書を3m高く持ち上げたら、仕事は何Jしたことになる?

生徒:12J

先生:正解!4N×3m をやればいいね。この場合の単位がJ(ジュール)という仕事量を表すものになるから、答えは12Jだ。そうしたらいくつか問題出すよ。何Jの仕事をしたかノートに番号振って答え書いていって。

仕事量を出す問題(Nが出ているパターンから)

問題1
1Nの力で1m動かした
問題2
10Nの力で5m動かした
問題3
10Nの力で50cm動かした

先生:では答えを言っていくよ。1番の答えは1J(1N×1m=1J)、2番が50J(10N×5m=50J)、3番が5Jだ。3番なんだけど、動いた距離がmの単位になってないね。だから0.5mとなおして10N×0.5m=5Jとするよ。

*ここまででプリントの5番まで解けるようになりました。6番以降はN(ニュートン)への変換を紹介してからになります。

仕事量を出す問題(Nが出てないパターン)

先生:では次の問題に行こう。4番だけど・・・
問題4
100gの質量の物を2mの高さまで動かした

先生:これ何Jの仕事がなされたのかを求めて。ヒントは100g=1Nだ。(・・・少し時間をあげて)では聞くよ。答えは?

生徒:2J

先生:正解!あくまでN(ニュートン)にm(メートル)をかけて仕事量を出すから、1N×2m=2Jとしてね。質量が100gの物って重力が1Nかかるんだ。だから持ち上げるのに必要な力も1Nになるよ。つまり、質量が出ていたらそれをNの単位に直して移動距離を掛ける。わかった?

生徒:はい。

先生:そうしたら新たに3問出すよ。同じように仕事が何J行われたかを出そう。ノートに答えを書いていってね。

問題5
500gの物を7m上げた
問題6
400gの物を30cm上げた
問題7
1kgの物を50cm上げた

先生:答えだけど、5番が35J(5N×7m=35J)、6番が1.2Jだ。6番だけど、移動距離の単位が cm になっているね。仕事が何Jか出すときの移動距離の単位は m でなければいけないんだ。1m = 100cm だから、 30cm = 0.3mと単位換算しよう。ということで4N×0.3=1.2Jとなるよ。7番の答えは 5Jだ。7番できた?

生徒:7番がわかりませんでした。

先生:これは少し難しかったね。物体の質量も単位換算する必要があるからね。

1kg=1000g=10N

先生:まず単位が kg になっているから g に直そう。1kg = 1000g だね。そしてg(グラム)の数を100で割ってN(ニュートン)に直そう。1000gを100で割ると10Nと出るよ。このように kg の数を N に変換することで、加えた力が何Nなのか出しておく必要があるんだ。

先生:そしてこのように kg→Nへ変換する問題は割とよく出るから「1kg=10N」って覚えておこう。そうすると7番の問題は「10Nで0.5」と置き換えられるね。ということで10N×0.5m=5Jと答えを出すんだ。これでわかった?

生徒:はい

先生:そうしたらまた3問出すよ。解いていって。

問題8
2kgの物を1m上げた
問題9
4kgの物を80cm上げた
問題10
0.5kgの物を50cm上げた

先生:では答えを言っていくよ。8番が20J(20N×1m=20J)、9番が32J(40N×0.8=32J)、10番が2.5J(5N×0.5=2.5J)となるよ。

*このように簡単なパターンから単位換算を含むものまでを順に紹介してみました。ここまでスムーズに答えが出る方は次の内容に進みましょう。ミスが多いようでしたら、一度解きなおして慣れておくようにしましょう。

*ここまででプリントの6番から16番も解けるようになりました。プリントの問題演習はまだ行わなくて良いでしょう。



仕事をしたかどうか判断させる

先生:ここまでで仕事が何J行われたか出せるようになったね。次に、仕事をしたのかかしなかったのか判断できるようにしよう。仕事なんだけど、仕事が行われる時っていうのは今やってきたパターンになっていることが多いよ。具体的には・・・

  1. 重力にさからってする
  2. 摩擦力にさからってする

先生:この2つなんだ。そしてテストで出てきて間違いやすいのが、仕事をしたと言えるのかどうかの判別問題。ということで、試しに聞いてみよう。仕事をしたなら○、してないなら×って答えてね。

先生:自転車を押して2m動かした。

生徒:○

先生:いいね、正解。これは力を加えてその方向へ動いたから仕事をしたと言えるんだ。これが判別をするときの基準だよ。では次。車を押したら動かなかった。

生徒:×

先生:素晴らしい、正解。これは力を加えているけど動いていないね。だから仕事をしたとは言えないんだ。では次。カバンを持って立っていた。

生徒:×

先生:いいねぇ、正解だ。これも持つのに力を加えているけど動いていないね。だから仕事をしたと言えない。では次。カバンを持ったまま家から学校まで持って行った。

生徒:○

先生:残念。これは仕事をしたと言えないから×になるよ。実はポイントがあってね、仕事をしたと言えるのには力を加えた方向に物が動く必要があるんだ。カバンを持っているということは重力に逆らって上向きの力を加えているよね。そのまま真上の空に向かって持って行ったの?ちがうよね。加えた力の向きとは違う水平方向へ物が移動しているから、仕事をしたとは言えないんだ。わかった?

生徒:はい

先生:実はこれ、有名な引っ掛け問題だよ。先生も中3の時に学校のテストで「仕事した」って判断して点数を落としたよ。みんなはそうならないように気をつけてね。

*力を加えてその方向へ動いたパターン(○になる)、力を加えても動かないパターン(×になる)、力を加えて動いたのに力の方向に動いていないパターン(×になる)のそれぞれでどうなるのか判断するようにしましょう。
*ここまででプリントの17番から24番も解けるようになりました。区切りが良くなりましたので、ここで1番から24番まで問題演習をしましょう。偶数番号だけをやって、奇数番号を宿題として後でやっても良いでしょう。

いかがでしたか。

↓以下ここまでの内容のプリントです。ダウンロードしてご利用下さい。

仕事 問題 sizeA4.pdf (9 ダウンロード)

仕事 解答 sizeA4.pdf (15 ダウンロード)

以下へつづく

【仕事率を出せるようになる授業】中3理科・仕事の指導案(2)

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