ｙｐｃニュースNo.178

巻頭言：こういう時代だからこそ「授業」にこだわろう　　　　すた 113-114
１２月例会の報告　　　　　　　　　　　　　　　　　　　まとめby山本明利 114-121
(1) アデステーション
(2) 乱視用レンズ
(3) 電磁誘導で光るLEDつきコイル
(4) 風力発電機
(5) 弦の振動演示
(6) 磁石で遊ぼう
(7) 人肌発電
(8) マグネットベース
(9) ラミジップとクリップシーラー
(10) タイミングモーター
(11) ジャンピングエンジン
(12) 水がこせない茶こし＆水がはね返るカード
(13) ショックセンサー
(14) 物理と文化祭
(15) メカニズムを物理に
(16) ブルネオペーパー
(17) Physics Education論文募集

地下にもぐって天文学（清水書院発行のリーフレット1987より）
※なぜ掲載したかは山本さんにお問い合わせを。　　　    紹介by 山本明利 122-123
回折格子の授業公開をふり返る                             小沢　啓 124-127
物理概念の獲得過程を楽しむ授業（！から？へ、？から！へ）
        筑波大付属高校教育研究大会冊子掲載原稿                 小沢　啓 128-129
ノーベル化学賞の話題を電界の授業で‥‥――TOF法（飛行時間法）――
                                                                                徳永恵里子 130-132
物理と文化祭                                                     越　市太郎 133-135
天文豆知識　2003年の主な天文現象                         宮崎幸一 136
【磁石遊び】穴あき磁石を使って遊ぼう・考えよう！         淺井武二 137

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あけましておめでとうございます。この冬休みをどうお過ごしでしたか？
神奈川の県立高校は、昨年夏から「研修」についての締めつけが非常に厳しくなり、じっくりと「研修」する心境になれないような状態が続いています。この冬は、夏よりも締めつけは厳しくなっていると感じます。この話題は何度も書いているので、しつこく書いても仕方がありませんが、年の初めに、一言話題にさせてください。
あらためて言うまでもありませんが、教員にとっての研修は「職責を遂行するために絶えず」（教育公務員特例法19条）努めなければならないもので、権利ではなく義務なのです。それは、授業研究や教材研究は当然として、それ以外の広い「修養」も含まれているはずです。自宅で読書に励んだり美術館や博物館に行くことも教員として幅広い素養を持つために不可欠なものとして、これまで認められてきました。しかし「今やそういう時代ではない」として制限されはじめています。読書は学校ですればいい、美術館や博物館は休日に行けばいい、と言われます。休日や年休は研修のためにあるのではありません。パチンコをしても家で寝ていてもかまわないはずです。もちろん、実際には休日に研修的なことをしていますが、それを強要されるものではないはずです。今や、教員が研修することを否定されているとしか思えない事態です。
こういう時代だからこそ、我々はきちんとした研修を実際にやっていく必要があります。ＹＰＣの活動は、教材研究そのものであり研修そのものです。そして、こういう状況だからこそ、「授業」という足元をしっかり踏み固めようではありませんか。
この冬休みは、私は、今年の重点として、「授業」にこだわろう、と目標を立てました。これまでも、授業に手を抜いてきたつもりはありませんが、手応えを感じていないのも事実です。やはり我々の土俵は授業であり、授業に力を注がなかったら、他の面でいくら力量があっても、教師として本末転倒になります。
そこで、自分の取り組みとしても、サークルとしても足りないと思うのは、授業についての情報交換であり、授業研究です。サークルが教員以外の方の参加も増えて活気にあふれてきていることは、大変嬉しいことです。しかし、我々にとってはそれが授業に跳ね返るものでなければいけないはず。楽しい物理おもちゃが、どう授業で使えてどう生徒が反応するのか。それは、これまでのＹＰＣでは、各自が自分なりにやればいいというスタンスでした。しかし、授業にどう組み込んでいくのかという視点や授業の中での教材論をもう少し追求すべきではないでしょうか。
以前、サークルで科学の祭典などに取り組むことについて、最後は授業に立ち戻るべきだという議論をました。科学の祭典に多くの子どもが来て科学の楽しさを知ることは、大いに意義のあることです。しかし、私たちが一番視野に入れなければいけないのは、科学の祭典などに足を向けない、もっと大多数の子供たちなのではないでしょうか。そして、そういう子供たちは、毎日私たちの目の前にいて、しかも、週に何時間かその子たちに科学の楽しさを教える時間を設定されているのです。ここで勝負せずに、他で勝負をしていても、仕方がない。
と言いつつ、私の目の前の生徒たちは、私の演示実験や話をほとんど聞かずに、ただいるだけだったり、携帯をいじったり化粧をしたりマンガを読んだり、、、、。理想を言うのは簡単ですが、現実とのギャップは激しい。しかし、その現実にめげずに、頑張っていくしかありません。
なお、この話は、一般的修養としての研修をしなくてもよいと主張しているわけではありませんので、誤解なきようにお願いします。

(１) アデステーション　アデスト・テクノベーション佐藤さんのデモ

シンガポールの「アデスト・テクノベーション株式会社」の佐藤さんが来日（帰日）を機会にＹＰＣの例会に来てデモをしていただきました。同社の「アデステーション」というパソコンを使った教育ツール。パソコン計測を主体とした実験キットですが、特徴はたいていのパソコンに標準装備されているサウンドボードをインターフェースとして利用しているので、汎用性が高く比較的安価であること。センサーとのデータ入出力とディスプレイ処理を行うソフトウエアとセットになっています。

　物理、化学、生物などの各教科用モジュールが用意されていて、さらに高学年用のＷＩＳＥ（Wave,Induction,Sound,Electromagnetic）モジュールもあって、各種センサーも豊富に用意されています。シンガポールではアデステーションを利用した科学教育の教程が整備されています。

　静岡から駆けつけて参加した加藤さん。手ぶらではなく、さっそくネタを持ってきてくれました。乱視用の眼鏡レンズ。シリンドリカルレンズの成分が加わって非球面レンズになっています。このため、遠目に見ると向こうの景色がゆがんで見えます。加藤さんは知り合いの眼鏡屋さんに傷物のレンズを分けてもらうとのこと。

　電磁誘導を示す自作教具。右はコイルの筒の中に円柱形のサマリウムコバルト磁石を入れて振るタイプ。左はフェライトリング磁石とこすりあわせるように動かして発電するタイプ。いずれも電流の方向がＬＥＤの発光色で識別できます。ＬＥＤのアイデアは大石乾詞さんからいただいたとのこと。工作の腕前が抜群で注目を集めました。近藤さんから提供していただいたデータは次の通り。

材料：導線の線径0.2mm、巻数2152回、旋盤で溝を切ったアクリル円盤に内径φ26mm 外径φ30mmのアクリルパイプをはめ込んだもの

LCRメーターによる特性測定：縦長タイプR=124.7Ω L=77mH、幅広タイプR=201Ω L=272mH

　これも大がかりな実用タイプ。風が吹くとファンの軸に取り付けられたアクリル円盤が回転します。アクリル円盤上には多数のフェライト磁石が貼り付けてあり、これと向かい合わせにコイルを取り付けた板（右）を配置します。起電力が同位相になるように並列または直列に接続して、適当な電圧・電流を得ます。

　前の例会の大谷さんの問題提起に答える演示用具が登場。弦の振動を天井から鉛直につるしたプラスチック製つるまきばね（配線保護用具）で演示します。水平だと中央がたれてしまうが縦にすると自然にまっすぐになります。これすなわち垂直思考。さらに天井の取り付け部に注目。蛍光灯のシェードにマグネットで貼り付けてあるのはカーテンレールです。こうして一端をスライドさせることにより「自由端」を実現します。反射による自由端・固定端の位相の変化が見せられるわけです。カーテンレールを用いるアイデアは、電気通信大学物理教室の高田亨先生から頂いたとのことですがすばらしいアイデアです。　　

近藤さんからいただいたデータ：プラスチック製ばね 420円、カーテンレール 810円、カーテンレールをころがる車車輪のφ=11.6mm 値段不明、「粘着テープつきソフトマグネットシール30」 380円

　知り合いからたくさんの磁石を入手した淺井さんは、磁石を使ったさまざまな教具を工夫しています。右は細く切った紙をフェライト磁石で裏表からはさんだだけの簡単な実験器具。ちゃんと南北を指す。磁界の方向が観察できるわけです。

　互いに反発する向きに串刺しにしたフェライトリング磁石。磁石の反発力での浮遊や、下に行くほど間が詰まることに注目して、作用反作用の教具としても使えますが、こんな実験もできます（右）。水平にして自由落下させるのです。棒と磁石は一瞬無重力状態になるので、摩擦がきかなくなって磁石はばらけて飛び出してきます。逆にすればくっつくのも観察できます。

　こちらは名付けて「磁力浮回転子」。レボリューションや回転バランスの商品名で販売されているオブジェの原理を示す実験です。磁石の反発力で浮き上がった回転子はほぼ摩擦なく長時間回転し続けます。

　ペルチエ素子は電流を通じると表裏に温度差を生じる熱輸送素子で、ＣＰＵのクーラーや車載用の温冷蔵庫に使われています。これを逆利用すると熱起電力により発電素子として使えます。黒柳さんの左腕に乗っている白い板がそれ。下面を人肌であたため、上面に氷を押しつけるとご覧の通りモーターを回すほどの電力を発生します。

　長野県の桜井達雄先生から提供していただいた話題のご紹介です。

　マグネットベースとかマグネットブロックとよばれるこの道具は、丸い鉄材などを加工するときに固定する器具で、工業方面ではよく用いられます。赤い線にそって鉄材を磁石で吸い付けるわけですが、手前のレバー（写真では取り外してある）を９０度回すと、磁力が消えて材料を楽に取り外すことができます。その仕組みを考えてほしいというのがＹＰＣへの依頼でした。

　中でレバーとともに回転するのは強い磁石です。この磁石が写真のように横倒しだと材料が吸い付けられます。外側のブロックは鉄でできており、赤い線のところとその反対側が数mmの厚さの非磁性体をサンドイッチして接いであります。

　写真の状態では内部の磁石の左右の磁極から出た磁力線はブロック内部を通って赤い線の両側のV字の部分から外に出てきます。右の写真はそのようすを磁界観察パックで見ているところ。赤い線の両側に磁極が出ているのがわかります。

　磁石を９０度回して立てると、右の図のようになり、磁力線はブロック内部に閉じこめられます。赤い線の両サイドは同極になるので磁力線は現れません。こうして磁気回路を切り換えて、鉄材を吸い付けたりはずしたりしているのです。

　上で使った磁界観察パッドは実は渡辺さんの自作品。グリセリンにスチールウールの粉を混ぜてシールパックしたもの。

　チャック付きの厚手の袋は「ラミジップ」という商品名。「クリップシーラー」という電熱器具で口を熱で溶かして完全に閉じることができます。どちらも東急ハンズなどで入手可能。ラミジップは50枚1000円、クリップシーラーは3000円。

　液体を使った実験で、完全に口を閉じる場合などには最適な道具です。使い捨てないカイロの自作なども可能。

　これも長野の桜井達雄先生から送っていただいたもののご披露です。

　左側のPETボトルの中ほどに釘にエナメル線を巻いた電磁石差し込んであります。右は３つのマグネットをとりつけた回転子。竹串の上に乗っていて、ほぼ摩擦なく回転します。指先でつまんでいるのがリードスイッチとよばれる小さな回路素子で、このモーターの心臓部です。

　リードスイッチはガラス管の中に小さな二つの電極が封入してあり、磁石が近づくとこれらが磁力で接触し、電磁石に電流が流れるしくみです。リードスイッチの位置をうまく調整すると、磁力のはたらくタイミングが磁石の運動とうまく位相が合って、回転子がしだいに加速されていきます。

　神奈川県の田中義朗先生の「タイミングディスクモーター」のアイデアに、静岡県総合教育センターの鈴木敏博先生が改良を加えたものです。

１１月の科教協関東ブロック大会（水戸）で、土浦工業高校の小林義行先生に教わったスターリングエンジンの追試をしてみました。まずコーヒーなどのスチール缶のふたをくりぬき、焼いて内外の塗装を除去します。これにスチールウールを缶内にゆるくはまる程度にまるめてつめ、脱落防止の木の棒を口にはめ、最後にゴム風船をかぶせ、輪ゴムできつくとめます。これでできあがり。

　風船の方を下にして、缶の底（写真では上）をトーチバーナーで赤熱し、風船がちょっと膨らんだところで落下させると、ポンポンと上手にはずみながら床の上をはね回ります。動きはリズミカルでユーモラスでもあります。

　缶の中ではスチールウールのディスプレーサが往復運動しています。これが下に移動すると、内部の空気が熱い部分に触れて膨張し、スチールウールが上に移動すると、下に移った空気は冷やされて縮む。これを自動的に繰り返すフリーピストン式のエンジンです。

　スターリングエンジンを動力として動くものが、こんなに簡単にできてしまうとは驚きです。小林先生と土浦工高の理科研究部は、この原理を応用した各種のスターリングエンジンを開発し、スターリングテクノラリーで輝かしい成果をあげています。詳細は下記のリンクへ。

(１２) 水がこせない茶こし＆水がはね返るカード　岩沢さんの発表

　前回の例会で紹介させていただいた超撥水塗料（水の接触角が１５０度程度の塗膜を形成）と同様な塗料を茶漉しにスプレー塗装したものです。中に入れた水が大きな水玉状となり、網の目を通過できません（左）。洗剤などの界面活性剤を一滴添加すると、水が通過するようになります（右写真）。でも洗えばまた元どおり水をはじきます。

　上と同じ塗料をプラスチックカード上に塗装したものが左の写真です。スポイトで水を落とすと、水玉が跳ねたり転がったりします。水を入れたコップに入れると正面からは書かれた蛙が見えるが斜めから見ると（右の写真）水とカードの間に空気の層が出来るため見えなくなります(空気と水界面での全反射）。

　以上２件はNTTアドバンステクノロジー(株）よりアイデアおよび試料を提供していただきました。エアゾール型の塗料は釣具のダイワ精工より「超撥水DRYパウダー」インターラインスプレーとして発売されています（取り寄せ商品）。１本　定価３０００円。

　この塗料は、工業的にはパラボラアンテナの着雪防止や降雨後に水膜ができるのを防止するのに利用されています。アンテナが傾斜しているために水膜厚が不均一となり干渉を起こし通信不良の原因となるのだそうです。データ通信や今後のデジタルTVでは大きな問題になることが予想されるといいます。

(１３) ショックセンサー（ゴルフ腕前診断紙）　岩沢さんの発表

　衝撃を受けるとマイクロカプセルが破壊され化学反応により赤く発色するシート。ゴルフクラブヘッドに貼りボールを打つと、ボールをヒットした場所と衝撃力の大きさを評価でき、ショットの癖などを判断できます。富士フィルム(富山科学工業）より発売されています。

　千葉県立野田高校で、この10年ほどの間文化祭で取り組んだクラス企画「モノ作り」の発表について、越さんがプレゼンテーションで紹介してくれました。

　詳しくは、後掲の越さんの資料をごらん下さい。２人乗りホバークラフト、直径８メートル熱気球、エアーホッケー。階段を使ったジェットコースターなど。苦難の連続だったが、その分たくさんの思い出や、モノ作りのノウハウ、経験が残ったといいます。例会では、参加者はそのエネルギーに圧倒され、感嘆の拍手喝采でした。

　大山光晴先生がひいたレールを越さん達が引き継いだ物だそうですが、ユニークな伝統行事として今後も続けていってほしいものです。

　右近さんは4時間枠の1年総合学習「多様な講座」で「メカニズムを考える」という講座を開講しました。全部で20講座ほどある中のひとつで、他には映画鑑賞やゴルフ、そば打ち、紙芝居を作る・・・などなど。「メカニズム」の参加者は240名中3人だけでしたが、次のような充実した内容でした。

　まずはじめにフライング・ピッグという、ペーパークラフトキットを販売しているメーカーのサイト（http://www.flying-pig.co.jp/）でさまざまなメカニズムの動きを学習し、カムを利用した、面白い動きを見せる羊を作りました。

これをヒントにカムによる波動伝播モデルのキットを作成し、生徒に作らせました。箱の中の軸棒を回すと，垂直棒が上下に単振動し、波動が伝播していく様子がわかります。さらに生徒にはオリジナルメカニズムの作成にも挑戦しました。

　物理の授業でも３Ｄの波動伝播グラフモデルなどを作成していますが、こうした動く伝播モデルの作成を取り入れれば、各媒質の位置による位相のずれの意味などもよくわかるのではないかと思います。

　現像液などを使用しない熱現像方式の青焼きの紙。日光写真や箱カメラなどに利用して、現像はアイロンなどでおこなえます。非常に簡単に扱えるので日光写真をやったことがない人でも簡単に使える素材。

　左はトラペンシートに字を書いて露光しているところ。右はドライヤーで熱現像しているところ。

　IOP（英国物理学会）は、2002年9月に東京事務所をオープンしました。物理教育関係では、『Physics Education』誌（写真）を発行しています。この例会で発表された実験のいくつかは同誌にも原理の紹介があります。雑誌のスコープも中高生の物理課程で、日常生活に結びつけて物理現象を取り上げたり、簡単な実験も紹介しています。

　さて、『Physics Education』誌では日本からも論文の投稿を期待しています。英語で書くというハードルはあるものの、例会で当日紹介されていたような実験は、皆レベルが高く、論文の体裁に整えれば直ぐにでも投稿可能だそうです。YPCの活動自身も日本における物理教育の取り組みを紹介する記事として、投稿する価値があるとか。誰か、英語の得意な人チャレンジしてみませんか？

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