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昨日に続いて、中学理科の物理的分野の問題点について書きます。昨日の記事をお読みでない方は、先にこちらをお読み下さい。↓
「１ニュートンって、どういう力？」
http://blogs.yahoo.co.jp/tetsushi_22/4093864.html
仕事とエネルギーの単位Ｊ（ジュール）
理科で言う「仕事」とは、「物体に力を加えて、その物体を力の向きに動かすこと」です。
仕事の大きさを「仕事量」といいますが、これは、力の大きさと、物体を動かした距離とに比例します。
そこで、
物体に１Ｎ（ニュートン）の力を加えて、その物体を力の向きに
１ｍ移動させたときの仕事量を、１Ｊ（ジュール）と定義します。 〜〜��
そうすると、
仕事量（Ｊ） ＝ 力（Ｎ） × 移動距離（ｍ） 〜〜��
と表すことができます。このようにして、仕事と、仕事量の単位Ｊ（ジュール）が定義されます。
次にエネルギーですが、これは、
「エネルギーとは、外部に対して仕事をする能力のことである」と、定義します。 〜〜��
たとえば、運動している物体は、他の物体に衝突することによって、その物体に力を加え、移動させることができます。つまり、他のものに対して仕事をする能力があるわけです。このような状態を「エネルギーを持っている」といいます。また、運動している物体が持つエネルギーを「運動エネルギー」と呼びます。
他に対して仕事をすれば、その分だけ自分の持っているエネルギーは失われ、逆に、他から仕事をされれば、その分だけ自分の持っているエネルギーは増加します。このように、仕事量とエネルギーは同一のものなので、
エネルギーの単位は、仕事量と同じＪ（ジュール）を用います。 〜〜��
これで、仕事とエネルギー、その単位Ｊ（ジュール）が定義されました。力の単位Ｎ（ニュートン）に比べると、ずっと簡単ですね。
なお、エネルギーには多くの種類があり、運動エネルギー、高いところにある物体が持つ位置エネルギー、縮められたバネなどが持つ弾性エネルギー（これら３つをまとめて「力学的エネルギー」と呼びます）、熱エネルギー、化学エネルギー、光エネルギー、原子力エネルギー、・・、などがあって、相互に移り変わることができます。
また、熱エネルギーなどを表す場合には、単位にｃａｌ（カロリー）を使うことがあります。１calとは、水１ｇの温度を１℃上昇させる熱量（熱ネエルギー）のことで、１ｃａｌ＝約４．２Ｊとして、Ｊと換算されます。
【例題】 質量５ｋｇの物体にひもをつけて、ひもを真上から引いて、物体を高さ２ｍのところまでゆっくりと引っ張り上げた場合、
力の大きさは、物体に働く重力と同じで、５×９．８＝４９Ｎとなり、
力が物体に対してした仕事量は、�⊆阿茲蝓�
仕事量 ＝ ４９（Ｎ） × ２（ｍ） ＝ ９８（Ｊ）
となり、これが物体に蓄えられ、物体が９８Ｊの位置エネルギーを持つことになるのです。
（「位置エネルギーが９８Ｊ増加した」と言うほうが正確です）
今の中学理科でのエネルギーの扱い
従来、中３で「仕事とエネルギー」を学習していましたが、２００２年の学習指導要領の改訂によって、「仕事」が削除され、エネルギーのみを扱うようになりました。
これがどんなに不合理なことか、お分かりになるでしょうか。
（1） 仕事を教えずにエネルギーだけを教える不合理性
そもそもエネルギーとは、上記��のように「仕事をする能力」のことで、仕事とエネルギーは不可分のものであるのに、仕事を教えないでエネルギーのみを教えるというわけです。
今の中学理科の教科書では、
『エネルギーとは、他の物体に力を加えて、動かしたり、変形させたりする能力のことである。』
と書かれています。これはまさに、仕事のことを言っているのですが、子供はかんじんの仕事を習っていないために、上の例題のような問題も扱うことができません。これでは、具体的なイメージがわかずに、どういうことなのか、全然ぴんとこないわけです。
（２） 定義不在のエネルギーの単位：Ｊ（ジュール）
エネルギーの単位Ｊは、上記�，暴劼戮燭茲Δ法△修發修癲∋纏�量の単位として定義されるものです。
せっかく単位を「ＭＫＳＡ単位系」に統一し、力の単位も「ｇ重」、「ｋｇ重」からＮ（ニュートン）にかえたのだから、仕事さえきちんと教えれば、中学でも、「Ｊ＝Ｎ×ｍ」として容易に定義できたのです。
ところが、仕事を削除してしまったために、Ｊも定義不能となって、教科書では、
『エネルギーの単位はＪ（ジュール）を使います。』
と載っているだけです。子供たちには、１Ｊというのがどの程度の量なのか、さっぱり分かりません。Ｎと同じように、実体のない、幽霊のようなものです。
この場合、単位だけでなく、エネルギーという概念そのものも漠然としていて、Ｎよりもさらにたちが悪い、幻のような存在といっていいと思います。
ここから先は、Ｎ（ニュートン）のところでも書いたとおりです。
本来、つながっている事柄なのに、途中が省略されたために、ばらばらにされて、一つ一つをただ暗記させていくしかない。今の中学理科は、こんなふうに、されてしまっているのです。
自然科学を愛する者として、これからの世を担う子供たちに、理科をこんなふうに教えることは、到底納得できません。
次は、電力の単位であり、仕事率の単位でもあるという、二つの顔を持つＷ（ワット）について書きます。
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トラックバック（1）
昔、高校の物理が苦手でして（そのくせ点数はそこそことれていたのですが）、今このブログを読むと、割とすらすらと理解できるのですね。テツシさんの文章がわかり易い、中学の学習内容であるということもあるでしょうが、当時より、国語力がついたからではないかと思うのです。理系科目も、基本は国語力の問題ではないでしょうか？
2006/10/24(火) 午前 7:40
<<コメントに返信する
理系科目も基本は国語力、まさにその通りです。本来、数学も物理も、教科書を読んでよく思考し、練習すれば、一人でも学べるものだと思います。特に物理は、文字から具体的なイメージを持ち得るかどうかが、重要な資質となります。そのために必要なものは、感性豊かな国語力と、自然と接した体験の豊富さではないかと･･。
2006/10/24(火) 午後 11:41
<<コメントに返信する
助かりました
2012/3/29(木) 午後 0:15 [ ゆうき ] <<コメントに返信する
わかりやすいです！
2012/3/29(木) 午後 0:25 [ ゆうき ] <<コメントに返信する
ニュートン、ジュールまでよく理解でき、子供にこの記事をみせています。ありがとうございます。ワットの記事が書かれるのを楽しみにしています。中３父親より。
2012/6/29(金) 午前 3:33 [ tur*hao**i ] <<コメントに返信する