中学３年理科　運動とエネルギー　力学的エネルギー　確認問題１・解答

中学３年理科　運動とエネルギー　力学的エネルギー　確認問題１・解答

１、高い位置にある物体のもつエネルギー

レール、木片、スタンドを使って図１のような実験装置を作ります。

質量１０ｋｇの小球を、いろいろな高さから静かに転がして木片に衝突させ、木片の移動距離をはかりました。

表はその結果をまとめたものになります。これについて、後の問いに答えてください。

（１）表をもとに、小球の高さと木片の移動距離との関係を表すグラフを図２にかいてください。

答え

（２）小球の高さと木片の移動距離との間には、どのような関係がありますか？

☆（１）のグラフから、小球の高さ（位置エネルギー）と木片の移動距離は比例の関係ということに気がつきます。

答え　比例

（３）小球を高さ３０ｃｍから静かに転がすと、木片の移動距離は約何ｃｍになりますか？

小数第１位を四捨五入して、整数で答えてください。ただし、小球の高さと木片の移動距離との関係は、

実験結果と同じ関係が成り立っているものとします。

☆　小球の高さと木片の移動距離は比例の関係ということがわかりましたから、

グラフから小球の高さ（２０ｃｍ）、木片の移動距離（３０ｃｍ）

（小球の高さ）：（木片の移動距離）＝（小球の高さ）：（木片の移動距離）

・小球を３０ｃｍの高さから転がしたときの移動距離をχｃｍとします。

２０：３０＝３０：χ

２０χ＝９００

χ＝９００/２０

χ＝４５（ｃｍ）

答え　４５ｃｍ

（４）この実験のように、高い位置にある小球は他の物体に力を加え、動かすことができます。

高い位置にある小球が持つエネルギーを何といいますか？

☆ 他の物体に力を加え、物体を変形させたり、動かしたりすることができる能力のことをエネルギーといいます。

このことから、この実験の高いところにあった小球も、木片を移動させることからエネルギーを持っているということがわかります。

位置エネルギー ⇒（木片の移動距離）運動エネルギー

答え　位置エネルギー

（５）位置エネルギーの大きさは、小球の高さのほかに、小球の何によって変わりますか？

☆ 位置エネルギーの大きさは、基準面からの高さが高いほど大きくなり、質量が大きいほど大きくなります。

答え　質量

（６）位置エネルギーは、小球をいろいろな高さまで持ち上げた仕事にあたります。

このとき、小球にはたらく何という力とつりあう力を加えて仕事をしたことになりますか？

☆ 小球を高いところまで持ち上げていますから、手の力が小球を動かしたことになります。

このことから、小球は手がした仕事の大きさと等しいエネルギーを持つっていることになります。

このとき、手が小球に加えた力は、小球にはたらく重力に等しいと考えることができます。

答え　重力

（７）この実験で、高さ２０．０ｃｍにある小球がもつ位置エネルギーは何Ｊになりますか？ただし、１００ｇの物体にはたらく重力の大きさを１Ｎとします。

☆　物体を持ち上げたとき、物体にはたらく重力とつりあう力を加えて物体に仕事をしています。

このとき、物体がされた仕事が、物体がもつ位置エネルギーになります。

位置エネルギーは物体の質量と基準面からの高さに比例します。

位置エネルギー（Ｊ）＝物体にはたらく重力（Ｎ）×基準面か