IRUCAA@TDC : 歯科大学新入生の理科的基礎知識とその後の変化2

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Posted at the Institutional Resources for Unique Collection and Academic Archives at Tokyo Dental College, Available from http://ir.tdc.ac.jp/

Title

歯科大学新入生の理科的基礎知識とその後の変化2

Author(s)

池上, 健司

Journal

東京歯科大学教養系研究紀要, 26(): 27-45

URL

http://hdl.handle.net/10130/2336

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歯科大学新入生の理科的基礎知識とその後の変化２

池上健司

*

１はじめに

大学にいわゆるゆとり教育を受けた世代が入学してからもうすぐ5 年が経つ。この教育を受けた世代の理科的基礎知識は教員の想像以上に少ない部分があることは以前の報告 1)_{で触れた。この世代は平成}_{10 年(中学校)、} 11 年(高等学校)に告示された学習指導要領による教育を受けてきた世代であり、この学習指導要領は内容削減による学力低下を懸念する声のため平成15 年にそれまでの範囲を逸脱して指導しやすくなるよう改正された2)_。そのため、平成 21 年度以降入学の学生たちは以前より理科的基礎知識を多くもっている可能性がある。本報告では、平成19 年度に行った調査の問題のうち 9 問にさらに 20 問増やして全29 問の問題を用意し、平成 21 年度に東京歯科大学に入学した 1 年生 132 名を対象に入学時と年度末に理科(物理)の基礎知識に関する多肢選択型の問題による調査を新たに行った。これらの調査から分かったことを基に、入学時の理解度とその変化を的確に捉え、今後の教育に生かすのが本調査の目的である。次章では、このアンケートの概要とその結果を与える。3 章では、この調査の結果により物理分野に関する基礎知識の理解の程度の全体的な傾向をみる。また個別にも基礎知識の理解の程度を調べ、さらに本学の教育にてその理解がどのように変化したかをみる。また、この結果を平成19 年度入学者の入学時での調査 1) _{と比較し、2 世代経過} における正答率の変化をみる。4 章ではこれらの結果をまとめる。なお、付録に平成21 年度での調査に用いた問題全文を付ける。

2 アンケートの概要

* _{東京歯科大学物理学研究室}

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2.1 アンケートの時期や方法全 29 問のアンケートを平成 21 年度 4 月に新入生 132 名に答えてもらった。アンケートは答が分からない場合は分からないを、分かる場合は選択肢から答を選ぶ形式である。実際の様式は末尾に付けたアンケート用紙を見て貰いたい。 2.2 アンケート結果以下に平成 21 年度での調査に用いた全問題の正答率の表とグラフを示す。(解答者 132 名) 問題１２３４５６７８９ 10 正答率 36.4 59.8 59.1 68.2 49.2 62.1 62.1 45.5 87.1 48.5 問題 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 正答率 65.2 80.3 87.9 49.2 56.1 90.2 46.2 67.4 19.7 33.3 問題 21 22 23 24 25 26 27 28 29 正答率 25.8 39.4 76.5 74.2 87.1 50.0 50.8 28.8 52.3 問題17～26 は中学理科でも触れるが、高校物理で本格的に学ぶ内容で平成21年度入学時の正答率(解答者132名） 0 20 40 60 80 100 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 問題番号正答率（％）

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あるから正答率が低いのはやむをえない面がある。逆に、問題1～16,28,29 は物理と言うより中学理科、もしくは以前なら科学的常識と言える内容であるが、低い正答率のものがある。なお本学の学生の名誉のために言うが、本学の学生たちは優秀であり、ほとんどの学生はより高度な内容を簡単に理解する能力をもっている。これらの問題に対する正答率が低いのは、世代としての特徴、特に学習指導要領の影響と思われることを注意しておく。３章で、平成19 年度の同様の調査と共通の問題である問題 1～9 については平成 19 年度の結果と比較し、さらに興味深い結果が出た問題 1～8, 10～12, 14,23～26,28 の 16 問については個別に考察する。

３考察

3.1 以前の調査との比較平成19 年度に行った同様の調査と比較する。19 年度と 21 年度の調査で共通の９問題（問題1,2,…,9）の平均正答率は 19 年度 58.6%、21 年度 58.8%であり、大きな違いは見えなかった。以下の問題１から９までの平成19 年度と 21 年度の入学時における正答率のグラフからも特に全体的な傾向は見えない。問題１～９までのアンケート正答率 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 問題番号正答率 (％）平成19年度平成21年度

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3.2 問題別の考察以下に興味深い結果が出た問題1～8, 10～12, 14,23～26,28 の 16 問の結果について個別に円グラフを示し、考察する。なお、グラフ中の数字は全解答者に対する人数の割合（％）である。また問題1～8 は平成 19 年度の調査と共通の問題なので、参考として平成 19 年度入学時における結果の円グラフも付けておく。問題１比熱が大きい物質ほど、熱を加えたときに温度が 1.あがりやすい 2.あがりにくい 3.どちらともいえない 4.わからない答：2 比熱は現行の中学指導要領では教える必要がないが、高校の物理や化学では学ぶ内容であるため、ほぼ100％の学生が履修しているはずである。しかし正答率はかなり低く、また21 年度入学生は 19 年度よりさらに正答率が低い。学習指導要領の改正による改善はこの内容に関してはまったく見えなく、むしろ低下している。在学中の勉強で理解している学生の比率はかなり上がり、1 年入学時と比較して終了時では正答率は 2 倍以上となった。しかし１／４程度の学生はいまだ理解していない。問題２夏の暑い日に同じ大きさの氷を綿で包んだ場合と包まなかった場合を比べると早く解けるのは

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1.綿で包んだ氷 2.包まなかった氷 3.どちらも同じ 4.わからない答：2 綿が断熱材の役割を果たすことが分かれば正答できるはずであるが、入学時で４割程度の正解できなかった学生は服を着るとなぜ暖かいのかを理解していないことになる。平成21 年度入学の学生たちの方が 5 ポイントながら正答率が高いが、学習指導要領の改正による改善が見られたとは言い難いだろう。また、断熱材自体について講義で直接説明することは無いが熱についてはかなりの時間をかけるためか、1 年終了時では正答率は 14 ポイント上がっている。問題３冬と夏とで気温が違う主な原因は 1.太陽と地球の距離の違い 2.太陽の出す熱量の違い 3.太陽光が地球にあたる角度の違い 4.わからない答：3 このような天文現象にからむ問題は一般に正答率が低い傾向が出ている。これは新聞などでも一時話題となったので、周知の事実かもしれない。

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天文現象は講義でまったく触れていないが在学中に正答率が6 ポイント増加している。 2 世代経過で正答率はあまり変わらず、学習指導要領の改正による改善はみられない。問題４陰イオンは元の原子よりも電子の数が 1.多い 2.少ない 3.多いものも少ないものもある 4.わからない答：1 この問題については19 年度入学者の進級時（平成 20 年度 2 年）での結果も付けた。例年講義でも強調している内容であるが、前回（19～20 年度）の調査では正答率が在学中に下がるという結果を示した。この原因は分かっていない。今回の調査では在学中に7 ポイント上昇と改善している。これは化学の担当者に協力を依頼した結果かと思われる。学習指導要領の改正による改善は見られず、むしろ平成 19 年と比べて 21 年の入学者の正答率はかなり下がっている。問題５家庭にあるコンセントの電圧は 1. ４０アンペア 2. ７２ワット 3. １００ボルト 4. わからない答：3

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以前の報告でも示したように、例年低い正答率を示す内容である。2001 年に喜多 3)_{が報告しているように、社会人まで含めて} _{30 代くらいまでの} かなり広い年代層で同様の結果が出ている。特にこの知識を直接講義中に教えることはないが、1 年在学中に 9 ポイント程度正答率が伸びている。 19 年度と 21 年度入学時で正答率はほぼ同じなので、学習指導要領の改正による改善があるとはいえないだろう。問題６電池を直列に３本つなぐと、その電圧は電池が１本のときの 1. ３倍になる 2. １／３になる 3. 変わらない 4. わからない答１小学校の現行の指導要領では乾電池をつなぐのは2 本までと決められている。しかし中学では現行の指導要領のもとでも電圧を用いて教えているはずであるが、非常に低い正答率を示した。講義で電圧を学んだ後の1 年生終了時の結果でも数ポイントの上昇が見られるが、まだ正答率が高いとは言えない。ただし問題５と同様に直接こ

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の内容を講義で教えてはいない。しかし必要な知識はもっているはずであり、この問題のような日常に知識を適用できるよう工夫して指導することが必要なようだ。講義での演示実験や実習などを電圧を講義するときでも行うなど、実感の伴う指導が必要なのかもしれない。 19 年度と 21 年度の入学時での正答率はあまり変わらず、学習指導要領の改正による改善が見えたとは言えないだろう。問題７満月が昇るのは 1. 東から 2. 南から 3. 西から 4. 北から 5. わからない答１問題 3 でも書いたが、天文現象に絡む問題は一般に正答率が低い。また、この内容を 1 年生に講義する事はないため、1 年在学中の伸びは小さい。 2 世代経過による伸びも小さく、学習指導要領の改正による改善は見られたとは言えないだろう。問題８上弦の月が昇るのは 1. 東から 2. 南から 3. 西から 4. 北から 5. わからない答１

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問題7 とほぼ同じ内容の問題であるが、問題８の方が明らかに正答率が低い。2 つ続けて同じ内容の問題のはずが無いと考えて誤答してしまったのかもしれないが、問題７をあまり理解せずに正解した人が少なからずいるということであろう。 19 年度と 21 年度の入学時で正答率はほとんど変わらず、学習指導要領の改正による改善はほぼ見られない。問題１０ 1 兆円は 1 万円の何倍か。 1. 1×10 3 倍 2. 1×104倍 3. 1×105倍 4. 1×106倍 5. 1×10 7 倍 6. 1×108倍 7. 1×109倍 8. わからない答：6 注）問題10 以降は平成 19 年度に調査していない

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理科的基礎知識というより算数の知識である。「億」や「兆」に対する知識（いわゆる万進法）はいまや正しく理解していない人が半数程度いるようである。ただ 10 のべき乗に慣れていない学生も多いはずで、そのため正答率が低い可能性は否定できない。実際、入学後に万進法を直接講義することはないが、べき乗について少し指導しているためか、1 年終了時の正答率は増加している。平成22 年度入学時の同様の調査では 65.4％の正答率と 21 年度に比べてかなりの高率である。これは学習指導要領の改正による改善の傾向を示しているのかもしれない。算数的な内容については改善しているのであろうか。問題１１ 4 m2は何 cm2か。 1. 2×102cm2 2. 4×102cm2 3. 2×103cm2 4. 4×103cm2 5. 2×104cm2 6. 4×104cm2 7. 2×105cm2 8. 4×105cm2 9. わからない答 6 はっきりとしたデータがあるわけではないがもっと前の世代から単位換算の正答率は低いことが経験上分かっている。これは深刻な問題であるため、この内容は 1 年次にかなり力を入れて指導しており、1 年在学中に

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正答率が大きく増加している。しかし、1/5 程度の学生はまだ理解ができていないようである。問題１２本体価格 50 万円の商品にかかる消費税(5%)はいくらか。 1. 千円 2. 2 千 5 百円 3. 1 万円 4. 2 万 5 千円 5. 10 万円 6. 25 万円 7. わからない答 4 この問題も理科的基礎知識というより算数の問題である。もちろん他の問題に比べて正答率は高いが、2 割程度間違える人がいるのは問題だろう。算術に不慣れな学生が多いと言うことが分かる。特に、間違えた場合に自分で気がつかないことが最も問題である。入学後、具体的に計算する前に概算をする習慣を付ける指導をしているが、1 年終了時でもなかなか効果が上がっていないことも分かった。問題１４ある薬品を「水で３倍に希釈する」とは、薬品 10ml に対し水を 1. 10ml 加える 2. 20ml 加える 3. 30ml 加える 4. わからない答 2

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「３倍に希釈」という言葉は日常的には使うが、中学高校の教科書には出てこないと思われ、正答率が低いのも仕方がないのかもしれない。濃度を１／３にすることなのか、原液の 3 倍の量の水を加えることなのかを知らないということであろう。学生は学校で習わないことは知らないと判断するべきだと分かる。1 年在学中にこの言葉を物理で教えることはなく、正答率の伸びは小さい。問題２３原子核を構成している 2 種類の粒子は 1. 電子、陽子 2. 陽子、中性子 3. 中性子、原子 4. ﾆｭｰﾄﾘﾉ、電子 5. わからない答 2

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高校の物理や化学で学ぶ内容であるため、ほぼ 100％の学生が学んでいるはずであるが、その割に正答率が低い。この知識の不足がイオンにからむ問題 4 の理解不足の原因となっている部分は大きいだろう。1 年在学中にもう一度学ぶ内容であり、1 年在学中に正答率は高くなっているが、基本的内容であるためより高い正答率が求められるだろう。問題２４電子の電気量(電荷）は 1. ﾌﾟﾗｽである 2. ﾏｲﾅｽである 3. ｾﾞﾛである 4. わからない答 2 現在の指導要領では電子やその電気量は高校で学ぶ内容であるが、平成 21 年度からは中学で学ぶようになっている。平成 21 年度入学の学生たちも高校の物理や化学で学んでおり、ほぼ 100％の学生が学んでいるはずであるが、問題 23 と同様に正答率が低い。このためイオン、酸化や電子伝達系を理解するのが困難な学生は少なからずいるだろう。在学中にかなり強調して指導する内容のため 1 年終了時には約 9 割の正答率となった。しかし、この内容は 1 年終了近くに勉強する内容であるため、化学での酸化や生物での電子伝達系への理解に応用できている学生は 7 割程度の可能性

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もある。問題２５ｲｵﾝ結合でｲｵﾝが安定して結合しているのは、ｲｵﾝ同士が 1. 静電気力で引き合っているから 2. 重力で引き合っているから 3. これら以外の力で引き合っているから 4.わからない答１この問題は他の問題に比べてかなり高い正答率となった。しかしまだ理解できていない 13％ほどの学生たちは、化学の多くの分野が理解できないだろう。より高い正答率が求められる。なお 1 年の講義で直接触れることはなく、1 年在学中での正答率の伸びは小数点以下でしかなかった。（２６）光の仲間(電磁波)でないものは 1. 音 2. 電波 3. ｴｯｸｽ線 4. 赤外線 5. わからない答１

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電磁波という言葉は高校物理でしか学ばないため、正答率が低いのも仕方がないのかもしれない。問題 14 と同様に、日常的に使われる言葉でも学校で学ばない内容を学生たちは知らないという結果が見える。1 年在学中に電磁波は少しだけ学ぶが、それでもかなりの正答率の伸びが見えた。（２８）デジタルの測定器はアナログの測定器よりも精度が 1. 必ず高い 2. 高いとも低いとも言えない 3. 必ず低い 4. わからない答 2

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昨今のはやりのためか、デジタル機器をありがたがる傾向があり、「デジタル」＝「精度の高いもの」というイメージがあるようだ。このことは情報科学入門等で学ぶためか、正答率は2 倍ちかくに増えている。

４．まとめ

以前の調査よりさらに問題を増やした今回の調査でも、やはり大学の新入生たちの理科（物理）的基礎知識は上の世代とかなりかけ離れていることが分かった。特に、問題4 のイオン、問題 5 の家庭用電源の電圧、問題 10 の万進法などは正答率が特に低く世代全体でもほぼ同様のことと思われる。問題10 の内容(億や兆)は理科と言うより算数の知識であるが、今回の調査で初めてかなりの高率で理解されていないことがはっきりと分かった。また問題11, 12 の結果のように計算力の低さを示すものもあった。また問題5, 14, 26, 28 の結果から分かったように、学生たちは学校で学ぶ内容以外は、たとえ日常ニュース等で使われる言葉や知識であっても知らないことがある。しかも問題 28 のように、イメージで判断してしまうことがある。これは当たり前のことなのかもしれないが、学生を指導する上では良く知っておくべきことであろう。さらに問題 1～9 の結果から分かったように、以前の学習指導要領の範囲を逸脱して指導しやすくなるよう改正された平成 15 年以降の学習指導要領による改善も、この指導要領による教育を受けた最初の世代である平成 21 年度入学者たちについてはほとんど見えなかった。むしろ、問題１の内容（比熱）は19 年度より 21 年度の方が入学時での正答率が大きく減少しており、今後が心配される。今回の調査は調査対象の集団が１歯科大入学者と特殊であり、世代全体について厳密なことは言えないが、大学の新入生の世代の理科（物理）的基礎知識は上の世代とかなりかけ離れていることは分かったと言えるだろう。我々教員はこれらの調査で分かった上記のことに注意し、教育に臨むべきである。ただし、平成 21 年度からは理科に関して新しい学習指導要領が施行されており、この指導要領のもとで勉強してきた学生たちが入

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学してくると、また状況は変わってくるかもしれない。より多くの基礎知識を知り、理解した学生の増加を望む。また最後になったが、アンケートに協力してくれた学生たちには感謝している。これらの結果を今後の教育に生かせるよう努力したい。参考文献１）池上健司：「歯科大学新入生の理科的基礎知識とその後の変化」、東京歯科大学教養系紀要第24 巻(2009) ２) 文部科学省ホームページ教育（小学校、中学校、高等学校） http://www.mext.go.jp/a_menu/01_c.htm ３）喜多誠：「「交流100V」は常識ではない」、教育報告≪座談会≫高校と大学の接続 ―工学部学生のための物理教育、大学の物理教育 2001-1 号(通算 21 号)(2001)

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これは皆さんが理科に関する知識をどの程度持っているかを調べ、授業に役立てるためのものです。成績には関係ありませんので、わからない場合は当てずっぽうではなく、「わからない」をマークしてください。（１）比熱が大きい物質ほど、熱を加えたときに温度が 1. あがりやすい 2. あがりにくい 3. どちらとも言えない 4. わからない（２）夏の暑い日に同じ大きさの氷を綿で包んだ場合と包まなかった場合を比べると早く解けるのは 1. 綿で包んだ氷 2. 包まなかった氷 3. どちらも同じ 4. わからない（３）冬と夏とで気温が違う主な原因は 1. 太陽と地球の距離の違い 2. 太陽の出す熱量の違い 3. 太陽光が地球にあたる角度の違い 4. わからない（４）陰イオンは元の原子よりも電子の数が 1. 多い 2. 少ない 3. 多いものも少ないものもある 4. わからない（５）家庭にあるコンセントの電圧は 1. ４０アンペア 2. ７２ワット 3. １００ボルト 4. わからない（６）電池を直列に３本つなぐと、その電圧は電池が１本のときの 1. ３倍になる 2. １／３になる 3. 変わらない 4. わからない（７）満月が昇るのは 1. 東から 2. 南から 3. 西から 4. 北から 5. わからない（８）上弦の月が昇るのは 1. 東から 2. 南から 3. 西から 4. 北から 5. わからない（９）水２リットルの質量は 1. ２００ｇ 2. ８００ｇ 3. ２０００ｇ 4. ８０００ｇ 5. わからない（１０）1 兆円は 1 万円の何倍か。 1. 1 × 103 倍 2. 1 × 104 倍 3. 1 × 105 倍 4. 1 × 106 倍 5. 1 × 107 倍 6. 1 × 108 倍 7. 1 × 109 倍 8. わからない（１１）4 m2_{は何 cm}2_か。 1. 2 × 102cm2 2. 4 × 102cm2 3. 2 × 103cm2 4. 4 × 103cm2 5. 2 × 104cm2 6. 4 × 104cm2 7. 2 × 105cm2 8. 4 × 105cm2 9. わからない（１２）本体価格 50 万円の商品にかかる消費税(5%)はいくらか。 1. 千円 2. 2 千 5 百円 3. 1 万円 4. 2 万 5 千円 5. 10 万円 6. 25 万円 7. わからない（１３）食塩水の濃度（質量パーセント濃度）を求める公式は 1. (食塩の質量／水の質量)× 100 2. (水の質量／食塩の質量)× 100 3. (食塩の質量／(水の質量＋食塩の質量）)× 100 4. わからない（１４）ある薬品を「水で３倍に希釈する」とは、薬品 10ml に対し水を 1. 10ml 加える 2. 20ml 加える 3. 30ml 加える 4. わからない（１５）圧力を求める公式は 1. 力の大きさ／面積 2. 面積／力の大きさ 3. 力の大きさ×面積 4. 力の大きさ－面積 5. わからない（１６）速さが一定の場合、速さを求める公式は 1. 距離／時間 2. 時間／距離 3. 距離×時間 4. 距離－時間 5. わからない付録基礎理解度テスト (物理）

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（１７）物体の重さとは、 1. 物体の質量のことである 2. 物体に働く重力の大きさのことである 3. 物体の大きさのことである 4. わからない（１８）床の上に物体 B が置いてあり、さらにその上に物体 A が置いてあるとき、「物体 B が床を押す力」と作用反作用の関係にあるのは A B 床 1. 物体 A が物体 B を押す力 2. 物体 B が物体 A を押す力 3. 物体 B が床を押す力 4. 床が物体 B を押す力 5. 物体 B が地球を引く力 6. わからない（１９）（１８）の問題で、物体 B に働く重力と大きさが等しいのは 1. 物体 A が物体 B を押す力 2. 物体 B が物体 A を押す力 3. 物体 B が床を押す力 4. 床が物体 B を押す力 5. 物体 B が地球を引く力 6. わからない（２０）大きさが３ N の 2 つの力が 1 つの物体に加わっているとき、この物体に働く力の和(合力）の大きさは 1. ３ N 2. ６ N 3. 決まらない 4. わからない（２１）ある物体が動いているとき、この物体に働く合力の大きさは 1. ｾﾞﾛである 2. ｾﾞﾛでない 3. 決まらない 4. わからない（２２）ある物体に働く合力の大きさに比例するのは、物体の 1. 速さ 2. 加速度の大きさ 3. エネルギー 4. わからない（２３）原子核を構成している 2 種類の粒子は 1. 電子、陽子 2. 陽子、中性子 3. 中性子、原子 4. ﾆｭｰﾄﾘﾉ、電子 5. わからない（２４）電子の電気量(電荷）は 1. ﾌﾟﾗｽである 2. ﾏｲﾅｽである 3. ｾﾞﾛである 4. わからない（２５）ｲｵﾝ結合でｲｵﾝが安定して結合しているのは、ｲｵﾝ同士が 1. 静電気力で引き合っているから 2. 重力で引き合っているから 3. これら以外の力で引き合っているから 4.わからない（２６）光の仲間(電磁波)でないものは 1. 音 2. 電波 3. ｴｯｸｽ線 4. 赤外線 5. わからない（２７）ある気体の温度が上昇したとき、この気体は熱を受けたと 1. 必ず言える 2. 必ずしも言えない 3. わからない（２８）デジタルの測定器はアナログの測定器よりも精度が 1. 必ず高い 2. 高いとも低いとも言えない 3. 必ず低い 4. わからない（２９）図のような「てこ」に、力 F（40kg の物体を持ち上げられるような大きさの力）を加える。このてこで最大何 kg の荷物まで持ち上げられるか。長さ L 長さ２ L 力 F 1. 10kg 2. 20kg 3. 40kg 4. 80kg 5. 160kg 6. わからない荷物付録基礎理解度テスト (物理）