落下運動における力学的エネルギー測定実験（新課程対応）
新課程の物理基礎の学習指導要領の解説には、透明なパイプの中でボールを落として力学的エネルギーがどのようになっているのかを確かめる実験例が紹介されています。勤務校では中学３年生で重力加速度の測定実験を行っており、同じことをやっているのですが、学習指導要領にかかれているということもあり、少し実験を作り直して中学３年生で実施をしてみました。
この実験では高さを図る必要があるため、このような実験装置を組み立ててみました。参考にしたのは、ナリカ製の「重力加速度実験器」です。
こちらがナリカ製です。
ナリカ製品のほうがダイナミックで１ｍの高さがあります。対して手作りをしたものは、高さは50cm、直径3cmくらいのアクリルパイプをハンズで買ってきて切って使っています。このようにパイプを鉛直に立てて、ビースピ２台で、それぞれの玉の速さを測ります。
玉の重さはパチンコ玉を使用したこともあり、0.00545gです。これは生徒が実際にとったデータです。
誤差率は、はじめの高さ0.60mの位置エネルギーを基準として作っていますが、真値があるというわけではなく、比較対象として計算をさせている程度です。３回測定しています。
対してナリカさんのものでも同様に行ってみると、
このようになりました。鉄球の大きさが違うのと、５回とって平均をとってみたのが違うところです。誤差率は、1.8％、3.0％となりました。この実験は振り子の実験のように、ナリカ製品と手作りで、さほど大きな違いは見られませんでしたが、ナリカ製品のほうが金属球の質量が大きく、また実験機が安定して使いやすいというメリットがありました。
手作り実験の上記のデータは生徒が何度も鉄球をおとして、うまくいかなかった例もたくさんあったなかでの実験データですが、ナリカ製のものを使った班は、すぐに実験が終わっていました。
またナリカ製のものは、簡易速度計をいろいろな高さにとりつけやすいというメリットがあります（私の手作りのものは高さを固定してしまいました。実験の自由度が減っています）。高さ1mまでと出せるのも、結果がよくなる一つのポイントだと思います。振り子と同様に時間がない場合は買ってもいいかなと思っています（エネルギーの他に、重力加速度の測定にも使えて２回いけますしね）。
参考リンク：
この仕事の杭打ち器も使ってみたい！中学校でとくにわかりやすそう。
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