中３理科の「力学的エネルギーの保存（位置・運動）など」のまとめ・練習問題

力学的エネルギーの保存の練習問題です。位置エネルギー、運動エネルギーについても理解しておく必要もあり、入試でもよく出題される単元となります。また、エネルギーは単独で出題されることは少なく、そのことを含んだ「物体の運動」と組み合わされて出題される。内容的には「力学的エネルギーとその保存」についてで、他のエネルギーの形の出題は、すくなくなっています。それでは、中３理科の「エネルギー（位置・運動・力学的・変換など）」のまとめです。

エネルギー

エネルギーはいろいろな姿に移り変わる。エネルギーは、運動、熱、音、光、電気など他の物体にいろいろなはたらきをする能力。

• いろいろなエネルギー：電気エネルギー、熱エネルギー、光エネルギー、音エネルギー、化学エネルギー、位置エネルギー、運動エネルギー、弾性エネルギーなど。

位置エネルギー

位置エネルギーは高いところにある物体が持つエネルギー。

• 物体の高さとの関係は、比例する。
• 物体の質量との関係は、比例する。
• 位置エネルギーの大きさは、（高さ）×（質量）に比例。

運動エネルギー

運動エネルギーは、運動している物体が持つエネルギー。

• 物体の速さとの関係は、2乗に比例する。
• 物体の質量との関係は、比例する。
• 運動エネルギーの大きさは（速さの2乗）×（質量）に比例。

電気エネルギーと熱エネルギー

電気エネルギー：モーターに電気を流すと模型の自動車を動かすことができる。
熱エネルギー：水を熱で水蒸気ですると物体を動かすことができる。

力学的エネルギー

エネルギーが変換する前後でエネルギー量は変化しない。

• 力学的エネルギー：位置エネルギーと運動エネルギーは合わせた呼び方。

力学的エネルギーの移り変わり

• 位置エネルギーと運動エネルギーは互いに移り変わることができる。

力学的エネルギー保存の法則

• 位置エネルギーと運動エネルギーの和はいつも一定である。

エネルギーの変換

電気ストーブは電気エネルギーを熱エネルギーに変化する。エネルギーの移り変わりは、互いに他のエネルギーに移り変わる。

• 火力発電：石油の化学エネルギー→熱エネルギー→運動エネルギー→電気エネルギー
• 水力発電：位置エネルギー→運動エネルギー→電気エネルギー
• 原子力発電：核エネルギー→熱エネルギー→運動エネルギー→電気エネルギー
• 電灯：電気エネルギー→熱エネルギー→光エネルギー

エネルギーの保存

エネルギーが変換する時、一部は熱エネルギーになる。エネルギーの保存は、エネルギーが別のエネルギーに変換される時、一部は熱エネルギーに変わってしまうが、この熱エネルギーも含めると変換する前後でエネルギーの総和変化しない。

化学エネルギー

• 物質の持つエネルギーを化学エネルギーという。

化学エネルギー：熱量などの物質が持つエネルギー。化学変化するときに熱エネルギーや電気エネルギーなどを取り出すことができる。

力学的エネルギーの保存の練習問題

次の問いに答えよ。

1. エネルギーとは、他の物体に何をする能力のことか。
2. 位置エネルギーは、物体の何と何に比例して大きくなるか。
3. 運動エネルギーは、物体の質量に比例し、何の2乗に比例するか。
4. 物体の質量を3倍、速さを2倍にすると運動エネルギーは何倍になるか。
5. 位置エネルギーと運動エネルギーの和を何というか。
6. 空気の抵抗や摩擦がない場合、５はどうなるか。
7. ６のことを何というか。
8. 10mの高さにある物体が、斜面を下って6mの高さA点を通過し、最下点の0m地点を通過した。最下点を通過するときの運動エネルギーはA点を通過するときの運動エネルギーの何倍か。

解答

1. 仕事
2. 高さと質量
3. 速さ
4. 3×22＝12倍
5. 力学的エネルギー
6. 一定なる。
7. 力学的エネルギーの保存（力学的エネルギー保存の法則）
8. 2.5倍

運動とエネルギーの実験問題

次の運動とエネルギーの実験の実験手順をよみ、次の問いに答えなさい。ただし、質量100ｇの物体にはたらく重力の大きさを1Nとし、空気の抵抗や摩擦、および糸の質問については考えないものとする。

＜図＞

問1　仕事率

手順2で金属球をB点からA点まで持ち上げるのに、3.0秒かかったとすると、手が金属球に対して行った仕事率は何Wか求めよ。

問2　はたらく力

次の文の中にには、手順3での金属球の運動と金属球にはたらく力について、まとめた内容のです。文章中の（ア）（イ）に適切な数値や言葉を入れなさい。

問3　速さの進化

手順3で、金属球がA点からB点まで振れる間に金属球が行った運動において、金属球の速さはどのように変化したと考えられるか、簡潔に書け。

解答

1. 0.4W
2. ア1.2　イいる
3. しだいに早くなった