力と運動・仕事とエネルギー入試の超頻出ポイント!

高校入試や定期テストによく出る内容をまとめています。基本的なレベルの内容となっていますので、ぜひ挑戦してみてください。今日は「力と運動」「仕事とエネルギー」に関する内容です。

力と運動・仕事とエネルギー

中学3年で学習する力学の分野は、入試問題でも頻繁に出題される分野です。計算問題が多く、出題のポイントがわからないと大きく失点してしまう怖い分野でもあります。その中での以下の内容は、応用的な内容に発展させやすい非常に大切な内容です。

基本的な内容ですが、非常に大切なものばかりです。

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物体にはたらく力と運動

物体に力がはたらくとどうなるのかを考えます。力は物体を運動させようとするものです。次の3つの場合を意識して問題を解くようにしましょう。

  1. 力がはたらかない場合
  2. 力がつり合っている場合
  3. 力がはたらいてつり合っていない場合

力がはたらいていな場合や力がつり合っている場合は、物体の速さが変化しません。もしくは静止を続けます。力がはたらいていてつり合っていない場合は、その力の向きにだんだん速くなる運動をします。

この力の向きと運動の向きが頻出です。下記リンクより問題演習を行ってみてください。
関連「力と運動」物体にはたらくはたらく力は超頻出!

2力のつり合いと作用・反作用の法則

「2力のつり合い」と「作用・反作用」は作図問題が出題されます。どの力がつり合っていて、どの力が作用・反作用の関係にあるのかわかるよに練習しましょう。

  • 2力つり合い
    1つの物体にはたらく力で、2力がつり合うと物体は静止します。
  • 作用・反作用
    1つの作用点から2つの物体にはたらく力で、力がペアになるという法則です。

作図の場合は、作用点の位置が重要です。どこから何に向かってはたらいている力なのかをわかるようにしましょう。
関連「2力つり合い」と「作用・反作用」の違い

記録タイマーの計算問題

記録タイマーやストロボスコープを使った運動の観察実験では、必ず速さの計算問題が出題されます。特に記録タイマーの実験は理科の計算の中でも超頻出です。何打点で何秒になるのかがわからないと計算はできません。まずはそこからですね。

  • 1秒間に50回打点する記録タイマー
    1打点打つのにかかる時間は1/50秒(0.02秒)
    5打点打つのにかかる時間は0.1秒
  • 1秒間に60回打点する記録タイマー
    1打点打つのにかかる時間は1/60秒
    6打点打つのにかかる時間は0.1秒

計算ができると同時に、打点の間隔からどんな運動をしているのかわかるようになることも大切です。パターンも決まっていますので得点源にもっていこう。
関連記録タイマーの計算問題

慣性の法則の記述問題

ニュートンの運動の第1法則である「慣性の法則」は、記述問題がよく出題されます。慣性の法則自体を答えさせる問題や、身近な慣性の例を答えさせる問題など事前の対策が必要になります。

  • 慣性の法則
    「物体に外から力がはたらかない場合、静止している物体は静止をし続け、運動している物体は等速直線運動を続けようとすること」

電車が急発進した場合や、急停車した場合に体がどうなるかなども観察しておきましょう。下記リンクで記述対策も行ってみてください。
関連「慣性の法則」記述問題が頻出

仕事・仕事率の計算

運動のあとは「仕事」に関する問題です。日常生活で使う仕事と少し意味が異なりますので、まずは仕事とは何なのかをしっかりと考えて覚えてください。

  • 仕事とは?
    物体に力を加え、力の向きに物体を移動させたとき仕事をしたという。
  • 仕事[J]の求め方
    力の大きさ[N]×移動距離[m]

とくに仕事や仕事率の計算では、単位ミスが出やすいように出題されます。gやkgをNに直す練習やcmをmに直すことも忘れないようにしましょう。
関連「仕事の計算」単位に注意して計算しよう!

仕事の原理「動滑車」「斜面」「てこ」

仕事の計算に関連して出題されるのが「仕事の原理」です。定滑車や動滑車、斜面やてこなどの道具をつかう仕事は応用問題に発展させやすく、高得点を狙う生徒はマスターする必要があります。

  • 仕事の原理
    手で直接仕事をした場合も、道具を使って仕事をした場合も、行った仕事の大きさは変わらない。

特に動滑車、斜面、てこは出題率が増加傾向にあります。単純な仕事の計算だけでなく、道具を使った場合も正確に計算でいるように練習しましょう。
関連「仕事の原理」動滑車・斜面・てこを使った仕事

力学的エネルギーの保存を利用した計算問題

力学的エネルギーとは、位置エネルギーと運動エネルギーの和です。位置エネルギーと運動エネルギーは、ふりこの運動や落下運動などの場合、互いに移り変わっているだけの関係です。

  • 力学的エネルギーの保存
    空気の抵抗や摩擦がない場合、位置エネルギーと運動エネルギーの和である力学的エネルギーは一定で変化しない。

この力学的エネルギーを利用した計算問題も出題されます。応用論点ですが、慣れると簡単に計算できますので、下記リンクより練習してみてください。
関連「力学的エネルギーの保存」を利用した計算問題

力学的エネルギーの保存とエネルギーの保存

力学的エネルギーの保存に似た用語として「エネルギーの保存」というものがあります。非常に名前が似ていますが、意味は全く異なります。

  • エネルギーの保存
    すべてのエネルギーの移り変わりを考えると、その総量は一定で変化しないというのがエネルギーの保存(エネルギー保存の法則)です。

詳しく違いを説明していますので、参考にしてください。
関連力学的エネルギーの保存とエネルギーの保存

記述対策

力と運動、仕事とエネルギーに関する記述対策も行いましょう。

記述対策力と運動・仕事・エネルギーの記述問題対策

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