理科力重さのある棒と重心・圧力(てこの応用・棒を支える力・面をおす力)
重心とは・重さのある棒のてこ・棒を2か所で支える力(ばねばかり・台)・かたむき始める重さ・太さが一様でない棒の重心・つないだ棒・重心と安定・積み木・圧力(1cm²あたりの重さ)・レンガの置き方・水の深さと水のおす力
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この教材でできるようになること
- 重心 は物の重さが1点に集まっていると考える点で、そこを支えるとつり合うことがわかる
- 重さのある棒 のてこで、棒の重さを重心(太さが一様なら真ん中)にかけてつり合いを求められる
- 棒を 2か所で支える とき、それぞれが支える重さをてこの考えで求められる(合計は全体の重さ)
- 太さが一様でない棒やつないだ棒の 重心の位置 を求められる
- 重心が低い・重心の真下が支える面の内側 のとき倒れにくいことを説明できる
- 圧力(1cm²あたりにかかる重さ)を求め、面積が小さいほど大きいことを説明できる
- 水のおす力が 深いほど大きく、どの向きにも はたらくことを実験から読みとれる
レッスンの内容
レッスン1 重心と重さのある棒
重心=重さが集まる点/一様な棒は真ん中/棒の重さを重心にかけててこの計算
めやす15分
レッスン2 棒を2か所で支える
片方を支点にしてもう片方を求める/合計は全体の重さ
めやす15分
レッスン3 重心の位置と倒れにくさ
目もりの合計が重さ/片はしを支点にして重心を出す/重心が低いほど倒れにくい
めやす18分
レッスン4 圧力と水のおす力
1cm²あたりの重さ=重さ÷面積/水のおす力は深さに比例・どの向きにも
めやす18分
例題を1問やってみよう
太さが一様な長さ60cmの棒は、真ん中(30cm)が重心
長さ100cm・重さ60gの太さが一様な棒ABを、Aから30cmの所で支えた(図)。
①棒の重心は、Aから何cmの所?
( )cm
②棒の重さが棒を回そうとするはたらき(棒の重さ×支点から重心までの距離)はいくつ?
( )
③Aに何gのおもりをつるすと、棒は水平につり合う?
( )g
答えと解き方を見る
答え ① 50cm ② 1200 ③ 40g
わかっていること 分かっている:棒100cm・60g(太さが一様)、支点はAから30cm。求める:Aにつるすおもり。
考え方 重さのある棒は、棒の重さが重心(太さが一様なら真ん中)に集まっていると考える。あとはふつうのてこと同じように、左右の(重さ×支点からの距離)を等しくする。
- ①重心は真ん中:100÷2=50cm
- ②支点から重心まで50-30=20cm→60×20=1200
- ③Aは支点から30cm:□×30=1200→□=40(g)
たしかめ 40×30=1200と60×20=1200で等しい。支点が重心よりA寄りなので、そのままではB側が下がる→Aにおもりがいる。
よくあるまちがい
支点が重心(真ん中)にあるときは、棒の重さは左右どちらにも回さないので、計算に入れなくてよい。
最後に、反対がわを支点にして 計算しなおすとたしかめになる。
重心の位置を求めるときは、合計(全体の重さ) を先に出すと式が立てやすい。
水がおす力は 下向きだけではない。横からも、下から上向きにもはたらく。
教材のつくり
説明と例題 → 手助けつき(3段階のヒント)→ 自力 → 確認テスト → 数日あとにもう一度、の順で身につけます。まちがえたときは「どこでつまずいたか」を聞き返します。
| 段階 | 問題数 |
|---|---|
| 手助けつき練習 | 7問 |
| 自力の練習 | 9問 |
| 応用 | 5問 |
| 確認テストA | 6問 |
| 確認テストB | 6問 |
| 後日の確認 | 6問 |
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出典・この教材の範囲
図と実験の数は 教材用に理想化したもの・仮想データ です(糸・ばねばかりの重さやまさつは考えない。棒の重さは問題に書いてあるときだけ考える)。圧力は 1cm²あたりにかかる重さ(g) であらわし、中学校で習うN(ニュートン)・Pa(パスカル)の計算はあつかいません。浮力の計算 は「ばねと浮力」の教材であつかうので、ここでは水のおす力とのつながりをふれるだけです。空気のおす力(気圧)もあつかいません。答えはプログラムで計算しなおしています。