理科 第8章
仕事とエネルギー
問題編
仕事・運動・位置エネルギーの計算
① 導入
仕事・運動エネルギー・位置エネルギーを具体的な数値で計算します。
② 基本概念
- 仕事=力×力の向きに動いた距離（J）。
- 運動エネルギー=1/2×質量×速さ²。
- 位置エネルギーは質量・高さに比例する。
③ 図解
高さ h：位置エネルギー大、速さ小
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_____/________ 地面：位置→運動エネルギー④ 例題
例1
力15 Nで力の向きに4 m動かした。仕事は何Jか。
例2
質量2 kg、速さ3 m/sの物体の運動エネルギーは何Jか。
例3
質量1 kgの物体を10 N/kgとして高さ5 mへ持ち上げた。位置エネルギーは何Jか。
⑤ 基本問題
1
仕事の単位を答えなさい。
2
力20 Nで2 m持ち上げた仕事は何Jか。
3
質量1 kg、速さ4 m/sの運動エネルギーは何Jか。
4
同じ質量で速さを2倍にすると、運動エネルギーは何倍か。
5
摩擦のある斜面で力学的エネルギーが減ったように見える理由を説明しなさい。
⑥ 標準問題
9
120 Jの仕事を6秒で行った。仕事率は何Wか。
10
質量2 kgの物体を10 N/kgとして高さ3 mから静かに落とす。空気抵抗を無視すると地面直前の運動エネルギーは何Jか。
11
力の向きと垂直に5 m移動したとき、仕事は何Jか。
12
電球で起こるエネルギー変換を2つ書きなさい。
⑦ 応用・入試形式
| 質量 | 階段の高さ | かかった時間 | |
|---|---|---|---|
| 生徒A | 50 kg | 3 m | 10 s |
| 生徒B | 60 kg | 3 m | 8 s |
13
上の表は、生徒A・Bが同じ階段を上ったときの記録である。g＝10 N/kgとして、生徒Aが階段を上る間にした仕事は何Jか。
14
生徒Aの仕事率は何Wか。問題13で求めた仕事を、かかった時間で割って求めなさい。
15
生徒Bが階段を上る間の仕事率は何Wか。（①まず生徒Bがした仕事を求め、②それをかかった時間で割る2段階で計算しなさい）
16
生徒AとBのどちらの仕事率が大きいか。その理由を、仕事率の意味に触れて40字程度で説明しなさい。
⑧ 確認テスト
1
確認1: 10 Nで3 mの仕事
2
確認2: 2 kg、2 m/sの運動エネルギー
3
確認3: 100 Jを5秒で行う仕事率
4
確認4: 高い所で大きいエネルギー
5
確認5: 仕事の単位
⑨ 完全解説
解答・解説は解説編で、単位J・Wまで確認してください。