仕事・仕事率の計算問題!点数が上がる高校入試理科最強問題

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仕事とエネルギーの分野でまず大切なのは、仕事の計算ができるようになることです。基本問題の演習から行いましょう。

仕事・仕事率の計算問題

問題仕事について調べるために、次の【実験1】と【実験2】を行った。これについて、次の各問いに答えなさい。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1.0Nとする。

【実験1】

仕事の計算右の図1のように、ばねはかりに質量2.0㎏の物体をつけ、真上にゆっくりと床から物体の底面までの高さが60cmになるように引き上げた。このとき、ばねはかりは一定の値を示していた。また、物体を60cmの高さまで持ち上げるのに3.0秒かかった。

【実験2】

摩擦に逆らってする仕事次に、物体を摩擦がある床の上に置き、床に水平にばねはかりを使ってゆっくりと物体を50cm引っ張った。このとき、ばねはかりは8.0Nを示していた。また、このときの仕事率は0.8Wであった。

(1)実験1で、物体をゆっくりと真上に引き上げている間、ばねはかりは何Nを示していたか。

(2)実験1で、物体を床から60cmの高さまで持ち上げるのに必要な仕事の大きさは何Jか。

(3)実験1で、物体を床から60cmの高さまで持ち上げるたときの仕事率は何Wか。

(4)実験2で、床の上にある物体を水平に50cm引くとき、何という力に逆らって引いたか。また、その力の大きさは何Nか。

(5)実験2で、2.0㎏の物体を50cm引っ張ったときの仕事は何Jか。また、物体を50cm引くのに何秒かかったか。

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仕事・仕事率の計算問題 解答・解説

(1)20N

物体を重力に逆らって持ち上げるのに必要な力は、重力と同じ大きさになります。物体の質量は2.0㎏なので、物体にはたらく重力の大きさは、
2.0㎏=2000g=20N
になります。

(2)12J

仕事は、力の大きさ[N]と力の向きに動かした距離[m]との積で求めることができます。
仕事[J]=力の大きさ[N]×動かした距離[m]
20Nの力の大きさで、その力の向きに0.6m動かしたので、
20N×0.6m=12J
となります。

(3)4.0W

仕事率は、仕事の大きさ[J]をかかった時間[秒]で割ることで求まります。
仕事率[W]=仕事[J]÷時間[秒]
12Jの仕事を3.0秒で行ったので、
12J÷3.0秒=4.0W
となります。

(4)力:摩擦力 大きさ:8.0N

摩擦がある床の上で仕事を行う場合、摩擦力に逆らって仕事をすることになります。このとき、物体を引く力と摩擦力はつり合いの関係にあります。ばねはかりが8.0Nを指しているので、摩擦力の大きさも8.0Nになります。

(5)仕事:4.0J 時間:5.0秒

8.0Nの力の大きさで、その力の向きに0.5m引いているので、仕事の大きさは、
8.0N×0.5m=4.0J
になります。
また、仕事率が0.8Wなので、かかった時間は、
仕事率0.8W=仕事4.0J÷x秒
これを解くと、5.0秒となります。
基本の復習中3理科「仕事の計算」単位に注意して計算しよう!

次の学習内容

中3理科「仕事の原理」動滑車・斜面・てこを使った仕事

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