ばねの性質 解説動画 ばねの性質 一問一答プリントは こちらをクリック ばねの種類とはたらき いろいろな「ばね」 Haru_You 一言で「ばね」といっても、ばねにはいくつか種類があるんだ。 ばねって、針金がぐるぐる巻きでびよよよよ〜んってなるやつじゃないの? はるか そのびよよよよ〜んは、植物がつるを巻く様子に似ているから「つる巻きばね」だね。 実際に 理科の問題で使うのはつる巻きばね だけど、他には 「板ばね」「空気ばね」「液体ばね」「うず巻きばね」 なんてのがあるよ。 どこで使われてるの? 板ばねは鋼鉄の板を何枚も重ねたもので、重量の大きな列車を支えるのに使われているよ。 空気ばねはピコピコハンマーだね。 ピコピコハンマーって、言われてみたら押したら縮んで元に戻るから確かにばねだね。 空気ばねや液体ばねはいすの座面下にもあるね。 うず巻きばねは別名「ぜんまい」といって、巻いて締めたばねが元に戻ることで動くおもちゃに使われているね。 まあ、そんなにテストに出ないし、雰囲気でわかるから覚えておかなくても大丈夫かな。 ばねのはたらき いろいろなばねが出てきたけど、何か共通点ってあるの? 中学受験 ばねの問題集. ばねの共通点は、 力を加えると元に戻ろうとする「弾性」 を持つことだね。 この 弾性を利用した3つのはたらき があって、まず1つめが 「衝撃をやわらげる」 はたらきだね。 あ、ベッドの中に入ってるスプリングとかか。 ばねが入ってるから、ベッドに思いっきりダイビングしても痛くないよね。 他には列車の板ばねや車のサスペンションも、ばねを利用して振動を吸収してるから同じ役割だね。 2つめは 「ものの重さをはかる」 はたらきで、キッチンにある台ばかりがそうだね。 どうしてばねで重さがはかれるの? 今回の内容の中心になるんだけど、 ばねののび縮みは加えた力の大きさ(重さ)に比例する んだ。 だからばねの長さに目盛りをつければ、それだけでばねはかりのできあがりだよ。 3つめが、「力のもとになる」はたらきで、洗濯ばさみの中のばねがそれだね。 洗濯ばさみは、ばねが元に戻る力ではさんだものを押さえているってことね。 どのはたらきの場合でも、 ばねに限界以上に力を加えると、ばねが元に戻れなくなる「弾性の限界」という のがあることを覚えておいてね。 ばねの長さ・のびと力の大きさ ばねの自然長と全長 ここからは、つる巻きばねについての話をしていくよ。 まずは、ばねの長さについて。 ばねがのびる問題では、3つの「長さ」が聞かれるんだ。 のびた長さと全体の長さと、あとなんだろ?
5g必要」って言い方をするときもあるから、意味をよく考えてね。 その2つって、同じ意味だよね。 自分で問題を解くときは、どっちかに統一してメモしておくほうがミスしないかな。 ばねのつなぎ方とつりあい ばねの直列つなぎ 複数のばねを組み合わせてつなぐこともあって、 ばねの端に別のばねをつないで一直線にしたものを、ばねの直列つなぎ というんだ。 電流の回路と同じ名前のつけ方だね。 そしたら並列つなぎもあるんでしょ? うん、ばねの並列つなぎは次で説明するよ。 直列につないだばねでは、一番下のばねにつないだおもりの重さは、すべてのばねに等しくかかる んだ。 一番下に30gのおもりがつるしてあったら、どのばねにも30gかかるってことね。 また、ばね−おもり−ばね−おもり、みたいなつなぎ方のときは、その ばねより下のおもりの重さがかかる ことになる、ってのはなんとなく分かるんじゃないかな。 ばねの並列つなぎ おもりをつけた棒に、何本かのばねを並べてつなぐのが、ばねの並列つなぎ 。 同じばねが2本並列ならおもりの重さを2分の1ずつ、3本並列なら3分の1ずつに分け合う んだ。 60gのおもりでも、2本並列なら30gずつ、3本並列なら20gずつの重さがかかるってことね。 もし、違うばねを並列につないだときはどうなるの? 異なるばねが並列のときは、ばねの長さが等しくなるように重さを配分する んだ。 例えば、自然長15cmで10gにつき1cmのびるばねAと、自然長10cmで10gにつき2cmのびるばねB、これがどっちも18cmになってたとする。 てことは、Aは30g、Bは40gの重さがかかってるね。 合計で70gの力がいるんだけど、棒の真ん中に70gつるしたら35gずつになっちゃうから、重さの逆比になる位置、AB間を4:3にわける位置におもりをつるせばいいんだ。 重さの逆比位置ってのは、てんびんと同じ考え方だね。 うん、てんびんとの組み合わせ問題で出てくるかな。 応用レベルだけど、理解してれば簡単だよ。 ばねのつりあい それから、ばねを横向きにしておもりは滑車で下向きにして、ばねの一方を壁につないでもう一方におもりをつけた場合と、 ばねの両端におもりをつけた場合 の違いについて。 これもよくテストに出るんだよね。 一方が壁なのは、天井につるすのと同じことだよね。 両端におもりがあったら・・・どうなるの?
のびる前の長さ、だね。 ばねに力を加えない状態、のび縮みしていないときの長さを「自然長」という んだ。 その自然長に、のびた長さを足していけばいいのね。 うん、 自然長にのびた長さをたした、ばね全体の長さは「全長」という んだ。 これに「のび」の長さも聞かれるから、どの長さを聞かれているか注意して答える必要があるんだ。 ばねの「のび」 ばねの「のび」は、 □gのおもりをつるすと△cmのびるってのが、ばねによって決まっている んだ。 こののび方は、 おもりの重さ(ばねに加えた力)が2倍、3倍・・・になると、のびも2倍、3倍・・・という比例関係 なのは、さっきも説明したね。 ばねはどの部分がのびるの? ばねの問題 | 無料で使える中学学習プリント. ばねの一巻きをピッチといって、 力を加えるとすべてのピッチが同じ幅だけ広がる んだ。 そのピッチの広がりの合計が「のび」になるのね。 ばねののび方は問題文で決められてるのかな? 大半の問題では文章かグラフで与えられてるけど、自分でそこから求めないといけない場合もあるよ。 例えば、20gのおもりをつるしたときの全長が15cmで、50gのおもりをつるしたときの全長が18cmのばね、みたいな条件で、ばねを1cmのばすのに必要なおもりの重さは何gですか、みたいな。 おもりが50−20=30g増えたら、長さが18−15=3cmのびてるから、10gで1cmだね。 正解。 そこから自然長を求めたり、別のおもりをつるした長さを求めたりするんだ。 力学系の大問がテストに出るときは、1つめの小問で求めた値を2問目以降で使うから、最初でミスると全滅する のでばねの条件設定なんかは注意して行うこと。 半分に切ったばね 切ったばねはのび方が変わる 続いて、 ばねを切って新しいばねを作る 場合について説明しよう。 たとえば、自然長が20cmで、10gのおもりをつるすと4cmのびるばねがあったとする。 これを半分に切って作ったばねが、どうなると思う? 自然長は10cmになるけど、のび方は変わらないんじゃないの? だって、同じばねなんだから。 いや、違うんだ。 さっき、ばねののびはすべてのピッチが同じ幅広がってできるって説明したじゃん。 ばねを半分に切ってもピッチの広がる幅は変わらないけど、ピッチの回数が減る ことになるから・・・。 のび方も半分になっちゃうのか。 そう、 ばねを半分に切ったときは、同じ重さ(力)あたりののびが半分になる んだ。 さっきの例なら、10gで2cmしかのびなくなるってこと。 この考え方はよく覚えておいてね。 強いばねと弱いばね ばねを半分に切っちゃうと、のびにくいばねになるんだね。 逆にいうと、同じだけのばすのに大きな力が必要になる、ってことだね。 ばねを1cmのばすのに必要な力が大きいほど、そのばねを強いばねという んだ。 じゃあ、必要な力が小さいほど、弱いばねってことね。 ばねののびは「10gで4cmのびる」って言い方をするときもあれば、「1cmのばすのに2.
例題1 下の図を見てください。右側、左側共に同じ伸び方をするばねを使用しています。左側のばねには5kgの重りがかかっています。そのときのばねの伸びは7cmでした。右側のばねには8kgの重りがかかっています。このときの右側のばねの伸びは何cmですか。 解説 ばねの伸びは、吊り下げた物の重さに比例するという性質(フックの法則)を利用して考えます。 求めたいものは左側のばねの伸びなので、右側のばねの伸びをxとして比例式を作ります。 5:7=8:x 比の式は内同士と外同士をかけて求めるので、 5x=56 x=56÷5 x=11. 2 よって答え 11.
中学受験生に指導している際、「理科で植物など暗記分野では点が取れてるけど、計算が入るとボロボロ」、「ばねやてこ、中和は何度やってもできない」、「塾で熱量をてんびん図で習ってきたけど何でこうなるのか分からない」といった中学受験の理科でのお困りごとをよく聞きます。 家庭で子どもに理科を教えている時も同じような質問を受けていませんか。 今回より、受験指導の経験から、受験理科での弱点になりやすい単元について基礎から解法のコツまでお伝えいたします。家庭での教え方の参考になれば幸いです。 第1回は「ばね」について苦手を克服していきましょう。 1.なぜ「計算」が入ると解けなくなるのか? ばねやてこ、滑車、振り子、中和、熱量、溶解度、天体での距離などの単元では、「量の計算」が出題されやすく、ここでつまづいてしまう生徒が多いです。 その原因には大別して3つが考えられます。 学習の段階ごとに、①そもそも原理や法則を知らない、②原理・法則を学習したけどなぜそうなるのか理解できない、③理論はわかっているけど問題で使えない、です。 そして、塾などで一定程度学習が進んでいる生徒が計算で点を落とすのは、②の「原理・法則が完全に理解できていない」または③の「問題で使えない」の可能性が考えられます。 では、どうして基礎事項の理解や利用ができないのでしょうか。 その根本的な背景の1つには、「算数の基礎」にある場合があります。 例えば、お子様に計算が苦手な理由を聞いたとき、「ばねでは比を取るって言われたけどなぜか分からない」や「授業でこれは相似でしょって解説されたけど正直理解できなかった」などの答えが返ってきたことはありませんか。 そんなときは、「算数の基礎」で解けてない可能性があります。 従って、その対策としては、各単元で必要になる算数での基礎事項も学習することが求められます。 計算ができない理由は、 「理科」だけではなく「算数」の基礎にある場合がある! 2.ばねで使う算数の知識は「比例」 ばねを学習する上で必須となる算数の基礎は、「比例」です。 子どもがばねの問題を解けないときには、理科での法則とともに算数の比例についても分かっているか確認していきましょう。 これから、「比例」について知っておくべき基本を整理していきます。3点に絞って記載しますので、順にチェックして下さい。 比例とは何か説明できるか?
比例とは、2つの量の関係で、「1つの量を2倍, 3倍すると、それに伴ってもう1つの量も2倍, 3倍になる関係」です。 ここを子どもが即答できていれば問題ありません。 比例の表し方を答えられるか? 比例には、表、グラフ、式の3つの表され方があります。ただし、式は、難関校以上を受験しない場合には、理科での学習の優先順位を下げても良いかもしれません。比例の表、グラフの具体例は次のようなものがあります。 比例での比の関係は「正比」・「逆比」どっち? 比例は「正比」です。一方、反比例では「逆比」になります。よって、(2)での比例の具体例では、針金の長さの比と重さの比は正比になります。例えば、長さの比が10cm: 20cm=1: 2ならば、重さの比も2g: 4g = 1: 2になります。 特に小学生までは、「正比」「逆比」という言葉を使う傾向があります。 比例では、 「定義」・「表とグラフでの表し方」・「比例だと正比になる」をチェック! ばねの法則と比例関係 ばねは、おもりを付けないときの長さを自然長といい、おもりを付けるとばねはこの自然長から伸びが生じます。 そして、「おもりの重さ」と「自然長からの伸び」が比例します。 これは、実験から求められる法則ですので、覚えるしかありません。 しかし、覚えてしまえば、比例ですから、算数の基礎を使うことができます。 すなわち、ばねの「おもりの重さ」と「自然長からの伸び」を、表やグラフで表すことができ、利用することができるのです。ばねの表・グラフは次のようなものがあります。 また、「おもりの重さ」と「ばねの伸び」は比例なので、比については正比になります。この比の関係を用いた計算には次のような例が挙げられます。 ばねでは「おもりの重さ」と「ばねの伸び」が比例で、その比は正比! 3.ばねの問題の解き方のコツ・着眼点 中学受験で実際に出題される「ばね」の問題は、基礎事項をそのまま出される訳ではなく、すこしひねった標準から発展問題になります。その為、問題を解くときには工夫が求められます。 ここでは、2つの典型的な標準問題を通して、解き方のコツ・着眼点について理解を深めましょう。 ポイントは、どの問題でも、「おもりの重さ」と「自然長からの伸び」を確認することです。 これらの問題は標準レベルですので、お子様のばねの実戦力を確認するためのツールにもなり得ます。 グラフの応用 直列つなぎのばね 応用問題でも、ばねの「おもりの重さ」と「伸び」に着眼して解く!
4.解くポイントを押さえたら問題集で演習して定着させる ばねの問題のポイントを理解したら、問題集にて類題演習を行い、定着させましょう。 まずは、普段使われている教科書・問題集で問題を探されると良いと思います。 ただ、塾の5年生のときのテキストが見当たらない、基本レベルで多くの問題を解きたい、応用問題にも挑戦したいなど、それぞれのご家庭の事情に即して、以下の過去記事のおすすめ問題集をご参考にして下さい。 ■基本問題を演習したいときの問題集 → 【中学受験】偏差値50以上にするための理科 おすすめ参考書・問題集5選 ■応用~発展問題を演習したいときの問題集 → 難関中学受験・御三家に合格できる家庭学習!!理科のおすすめの勉強法と参考書・問題集を教えます!! 解法のポイントを確認したら、普段の問題集での類題演習で定着させる! 5.中学受験理科を子どもに教えるためには算数を先に勉強させておく 「ばね」は、算数の比例について理解できていれば、基礎をスムーズに理解することができます。同様に、理科の「計算」が必要な単元については、理科での原理・法則を学習する一方で、算数の必要な知識についても復習することで効率的に対策できます。特に、算数の「割合」・「比」・「2量の関係」・「相似」はそれ単独でも比較的難易度の高い単元なので、基礎の徹底を図る必要と思われます。 学習方法や勉強計画などの無料相談も受け付けております。気軽にご連絡ください。少しでも勉強のお役に立てればと思います! 研究者だった経験を活かし、小学生に理科および算数、中高校生には物理化学数学を指導しています。専門的な内容も小学生にでも分かるように噛み砕くことを意識し、医学部指導も行っております。分かりやすく情報を伝えていきます。
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