ノートテキスト
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中3理科 物理解説 結構苦手な人が多いんじゃないでしょうか ここで確実に理解させるように工夫はしますわ まず、最初に序章ということで 学校によって単位が違うみたいなことがあるんです 私の学校ではm/sみたいな感じで書いてたんですけど m/秒 とかく学校もあるらしいですね 単位を軽く確認していきます 私は基本的に何か気持ち悪いのでアルファベットだけで表していき ますから m/s、、、sはsecond (秒) を表す 1秒間に何m進んだか m/h、、、hはhour (時間) 1時間に何m進んだか 有効数字 これは本題というより、 序章って感じですね 基本的に3年生では数学でも習います どちらかというと理科というよりは数学ですね 結構この考え方が理科でも生きてくるので、 先に序章として説明します 有効数字ってまず何なのか 測定した値の信頼できる桁のことです 例えば今から言うこと全部適当ですよ 長さ=1.2mを定規で測ったとしましょうか これは小数点第1位しか測れていませんよね この値を使って計算をしましたら 答えが1.23456...みたいなこんなものが出たとしてもそこまで 細かい値はほんとですか? 多分本当じゃないよね だから測定できた桁の精度に合わせて四捨五入しましょうねっていうのが有効数字の考え方な んです 使った値よりも細かい桁で考えても意味は無いよね だから、四捨五入しようねってことです 有効数字の桁について説明していきます 測定された位の数だと思っといてください 大雑把に言っちゃいましたけどね。 先頭の0はカウントしないけど後ろの0はカウントする 10 有効数字何桁でしょうか? 2桁ですよね。 100だったら3桁 そしたら0.010 何桁かって言ったら2桁ですよね
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水圧と浮力 学校によっては2年生で習うところもあると思います 圧力に関する分野なんですよ 2年生の地学の解説の方にも書かせていただいたんですが 3年生は説明できるようになってもらいたいわけなんだけど 圧力ってなんですか?って話です よ。 復習しておきましょう 触れている部分の面積が小さいほど圧力は大きくなる 同じ力だろうが、 面積によって異なる 押す力を強くすれば、その分圧力が大きくなる よって圧力は、力に比例して面積には反比例するものだったよね 力がどれだけ狭い場所に集まっているかみたいなこの圧力が水の中で生じるから水圧と呼ん でるわけです 水圧... 水中の中で水の重さによって生じた圧力 そして、この水圧は水の深さに比例するという性質があります ちゃんと水にだって重さはあるんですよ その場所より上にある水の重さがのしかかってくるわけですからね 深くなれば、 その上に乗っている分の水は多くなるので、その分多くの水圧がかかってくるよねっ てことです そして、水圧の働く方向ですよ 先ほど物体の上の水の重さで生じてる圧力だから上からしか 働かないと思ったら要注意です 水は液体だから、 形を保てない代わりに外から押されたら押された分を全方向へ均等に伝える 性質があります だから、同じ深さなら 横とかにあっても同じ水圧がかかってきますよねってことです だから水圧はあらゆる方向に働くと覚えといてください 水は押されると押された分だけ押し返すんだよってことですよって方向に関係なく一定になると
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水圧 大体こんな感じです ちょっと矢印の長さが難しいんですけれども全部同じ長さと思っていただい て 実際、この図は、本来は下の矢印の方がちょっと大きくなるんですよ でも一旦水圧の話だけで すので浮力の時に詳しく説明しますね。 水圧は深さだけで決まって どこら辺も同じ圧力がかかってるんです この図も試験によく出てきますかねこの緑のやつはゴムを表してますが 凹み具合を見てもら いたいんす。 まず横になってるものから見てみましょうか 同じ深さになってますよね。 深くなるほど凹みが大 きくなる。 水圧が大きくなるから。 横にしてると深さとしては同じですので (絵は少し傾いてるのは申し訳ないですが、 横と見てくだ さい) 凹み具合は同じ程度になります 横向きの水圧は釣り合うということです。 でも、縦にしてるものを見てくださいよ 上側の方が水圧が低いから軽く凹む程度 下の方が水圧は大きいので、かなり凹んでますよね この関係性をちゃんと把握しておくようにしましょう
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そしたら次は浮力について説明していきますね 浮力... 水圧の差によって生じる物体に対して、 上向きのカ 水圧の水の深さに比例しましたよね 浅いところほど水圧は弱いし、深いほど水圧は強くなる そして、あらゆる方向に働いたと そして、横向きの水圧は釣り合うから 水の中に物体を入れました 左側から働く水圧は物体を右側に移動させる向きです 右側から働く水圧は物体を左側に移動させる向きです これ互いに逆の関係ですよね そして力としては両方とも同じですので 横同士の水圧はそれぞれ打ち消し合います 結局、残るのは上側の水圧と下側の水圧ですよ そして水圧は深いところの方が大きいですよね 上側より下側の方が水圧がでかいんですよ。 そうすると、打ち消し合おうとするけど 深い方が水圧が大きいので、こっちが残るんですよね この残った分の力が浮力です この浮力が物体を押し上げているって感じですね ↓↓ 緑水圧 紫浮力 こんな感じです 水圧は全方向から働いてくるけど浮力は上向きの力ねごちゃごちゃにならないようにしてくだ さい だから、 浮力の求め方 浮力=深いほうの水圧 浅い方の水圧 そして、これを言い換えますと 感覚としてね。 水に浸かっていないとき重さ(空気中での重さ)- 水に浸っているときの重さと言い表すこともできます だから、水につけたとき軽くなる分は浮力なんだなって感じです そして、皆さんここがすごい勘違いしやすいところです
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水圧は水の深さに比例しましたけど 浮力は水の深さは関係ないです 浮力は水圧の差によって生じるものなので 浮力=深い方の水圧 浅い方の水圧 この差は上にずらそうが下にずらそうが変わらないんです そしたら浮力は水の深さに関係ないと言いましたが、 何に関係するのでしょうかって話です 体積に比例する 物体が、 押し退けた水の量みたいな感じです 小さなサイコロを水に沈めても浮力は小さいです 一方で、大きな箱とかを水に沈めたら、 浮力は大きいですね だから水に浸っている体積に比例する上向きの力みたいな感じですね よく試験に聞かれる話をします ある物体をある程度の高さで沈めてみました そしたらもっと沈めてみます。 もっと沈めた結果、 水圧と浮力の変化を述べよ 水圧は大きくなるけれども 浮力は変わらないよね 浮力が生じる原因を述べよ 下向きの水圧より、上向きの水圧の方がでかいからですよ 水圧の差が原因なわけですから。 水圧と浮力の違い (まとめ) 水圧、、、 物体のあらゆる面に働く 深いほど大きい上にある水の重さが原因。 浮力、、、 上向きの力 深さによっては変化しない 原因は、 上面と下面の水圧の差 速さ ここは2種類の速さを勉強するんです 数学でも習う内容ですね。 瞬間の速さと平均の速さというものがあります 皆さん勘違いしてもらいたくないのは国語の方でこう習うと思います 速さは和語 速度は漢語 スピードは外来語 だから、表してるものは同じなんだよ でも、理科でスピードとはめったに言わない 日常とかで曖昧だから。 しかも、物理では、速さと速度は違うんです。 速さと速度の違いについて説明しますね 速さは大きさだけなんですどのくらい早いかだけを表す。 向きとかは考えなくていいよとかです 数値が10m/s この意味ちゃんと解釈できますでしょうか 1秒間に10m進んだよってことです。 だからその情報だけなんですね でも、速度は速さに向きが加わったものどちらの向きにどのくらいの大きさでという意味 物理では向きが結構重要ですから
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念のため、 皆さんは、小学生の算数で習ってるんで大丈夫だとは思うんですけどできない人が たまにいますので書いときますね 単位変換のやり方 わかる方は飛ばしといてください まず覚えて欲しいこととして 大きい単位から小さい単位に変換したい時は割るんじゃなくて掛けるんだよね 数字が大きくなるわけだから 逆に、小さい単位から大きい単位に変換したい場合は、割ってあげればいいんだよね ・1km=1000m ○kmを△mに直したい ○×1000をしてあげる △mを○kmに直したい △に+1000をしてあげる ・1m=100cm ○mを△cmに直したい ○×100をしてあげる △cmを〇mに直したい △に100をしてあげる 時間に関しても ・1分=60秒 ○秒を△分に直したい ○に60をしてあげる △分を○秒に直したい △に×60をしてあげる ・1時間 = 60分 ○分を△時間に直したい○に60をしてあげる △時間を○分に直したい △に× 60をしてあげる ここまでは当然大丈夫だと思うんですが 次からが問題です そしたら、秒速と分速と時速はどうでしょうかここまで時間について勉強したから余裕ですよね 時速1km/h 1時間で1km進むこういう解釈ですよね そしたらこれ分速にしてくださいよ 1時間は60分だから 1 × 60 = 60km/分だな これ間違っていることを指摘できますかね 1分間に60km進んでることになっちゃうんですよね 簡単な例を出しますか 時速72km これを秒速に直すと これ、そもそもの意味が 1時間に72km進みましたってことでしょ 3600秒に72000m進むわけですよね 1秒間には何m進むか 20mですよね だから、 秒速20m これを直してあげると20m/sですよね ・時速1km=分速1/60km ・分速1m=秒速1/60m
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小さい単位から大きい単位にするときは 大きい単位から小さい単位にするときは× だったんですけど、これが逆になるイメージですね そしたら、本題の平均の速さと瞬間の速さをやっていきます 平均の速さ... ある区間全体についての速さ 平均の速さ=進んだ道のりかかった時間 100m走で20秒間で走り切ったとしましょう そうすると進んだ道のりは100mですよねかかっ た時間は20秒だから 100÷20=5 だから平均の速さは5m/sとなるわけです 1秒間に5m進んだと この5m/sが100mという区間においての平均の速さだと言えるんです でも、実際にそうですか? ずっとこの人は常に一定で5m/sの速さで進んだと言えますでしょう か? 平均の速さとしては合ってるんですよ もしかしたらそうかもしれないけどずっと一定の状態を保つっていうのは大変ですよね もしかしたら、この人は 0秒地点だったら速さが0m/s この100mのどこかをA地点としましょう そのA地点だったら7m/sだったかもしれないしもう一つ 区切ってB地点を作って、 そこでは4m/sだったかもしれないよね 位置によって速さが変化しているってことです それぞれの地点で観測したときの速さが瞬間の 速さとなります 現実問題としては一定の速さとは限らないんですね 瞬間の速さは、その一瞬だけを見た速さなんですだからピンポイントって言うんですかね そしたら、次の問題を解いていきましょう Aさんは家から駅までの800mを10分かけて歩きました。 Aさんの平均の速さをm/sでも求めよ。 た だし、小数第2位を四捨五入して小数第1位までで表せ。 つまり、1秒間に平均でその区間をどのくらい進みましたかって話ですよ 進んだ道のりかかった時間で、 平均の距離が算出できますので そしたら10分が秒に直さなくてはいけないですよ 10分=600秒ですね そしたら 800 600 = 1.33、、、 なので 1.3m/s、、、 答 自転車で走っているとき、最初の10秒はゆっくりで20mしか進まなかったが、 次の10秒では加速し て60m進んだ。
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(1) 全体の平均の速さを求めよ。 (2)Aさんが20mを進んでいた瞬間の速さは何m/sか。 (1)合計の道のりを求めてあげれば良いので 20 +60 = 80 合計の時間は10+10ですから 平均の速さは80÷20=4 4m/s、、、 答 (2) 求められない 記録タイマーの使い方 手書きで書いてみたんですが、 めちゃくちゃ下手ですね 記録テープと呼ばれるものに点を打つ道具になります ちなみに、出ている方が引く向きですね • こんな感じです 物体に結びつけたテープに記録、 体までインクをつけたもの 打点ですね 一定の時間ごとに記録テープと呼ばれるテープに点を打つ道具になります 東日本では1秒間に 50回 西日本では60回となりますので要注意です 時間は常に一定で距離が一定かどうかで見るので 点の間隔から速さの変化を読み取る道具として考えてもいいでしょう 点の間隔が、 どんどん広がっていくのであれば加速してる 変わらなければ等速直線運動 狭くなっていけば減速しているわけです 記録テープの間隔を見てあげれば、 速さの変化が読み取れるというわけです そして皆さんはこれを絶対丸覚えでもいいんで覚えてもらいたいんです 基本的に基準となるのは東日本の1秒間に50回打点する方ですね つまり1回点を打つのに何秒かかりますかって話なんです 1秒間に50回だったら 1/50秒ですよね 小数に直したら0.02秒です
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5打点で0.1秒ですよね 西日本だったら1秒間に60打点だから 1度の打点で1/60秒 6打点で0.1秒ですね ここで1番覚えてもらいたいのは5打点ごとにテープを切る 5点間なら0.1秒ですよね 0.02 x 5 = 0.1 記録テープ 0.1秒間にんだ距点 こんな感じですかねこれ間隔としてはちょっと変ですが 同じ間隔で離れてると考えてください。 力の合成と分解 まず1年生の復習力の釣り合いについてやっていきますね 物体が止まっている あるいは 等速直線運動をするときに物体に働くすべての力の合力が0で あること 今2つほど聞き慣れない言葉が出ましたね 合力 等速直線運動 このノートの運動の分野で詳しく説明しますね 今はこんな用語があるんだなくらいで思っとい てください 主に釣り合っている時ってどういった原因があるか なんも押したり引いたりする力がなければ物体は止まってますよね これが理由の1つで ①外から力が全く働いていない時 そして、外から力は働いているんだけど合力がゼロだから動かない ②力が釣り合っている 外から力が全く働いていない時と力が釣り合っているときの2つのパターンが物体が静止してい るっていうことになります そして、2つの力の釣り合いの条件について3つありましたよね ①大きさが同じ ②向きが逆 ③ 1直線上に作用している
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まとめますと 物体が静止、あるいは等速直線運動をしているときに釣り合いが生じる 外部から力が働いているのは確かなんだよ でも結局打ち消し合ってる 真下に働く重力と上向きの垂直抗力は同じだから打ち合ってる では、本題の力の合成と分解についてやっていきます 複数の力が1つの物体に働くときに、それらの力を1つにまとめることを力の合成 そしてこの力の 合成によって生じた このまとめた力のことを合力と呼びます 2N 3N 合力を緑で表してます この場合でしたら、物体に2Nと3Nの力が同じ向き 力の向きが同じで物体に同じ方向に働く場合は、 単純な足し算で行けます 2N+3N =5N 普通の足し算ですよね もしこれが逆向きだったらどうでしょう IN W こんな感じですよね 合力って先ほど定義で説明しましたけどもっと砕きます 物体が実際に動く全体の力なんですよ 逆向きの力は相殺する 打ち消し合う だから、大きい方から小さい方を引き算してあげればい いんです。 ここまでは皆さん大丈夫なんですよ そしたら、次の問題からできなくなる人が多くなります ここまでは同じ向きだから単純に足す 逆向きだったから引く そうなんですけど 斜めが加わったらどうでしょうか
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この時の合力の矢印を書いてください 2つの力が一直線上でも同じ向きでもない場合 つまり斜めに働く場合が出てきたら 平行四辺形を作ってあげるってことが大事です (力の平行四辺形の法則) そして当然ですが、 角度が大きくなれば、 合力は小さくなりますよね 仮に2つが同じ向きならば力は助け合いの関係なんですよ これ専門用語じゃなくて、私が勝手 に作った用語なので助け合うんだなって思っといてください 10Nと10Nが同じ向きならば、 ただの足し算だからね でも、少し角度がついたらどうだろうか 向きがずれてる分力が必要になるんですね 角度が大きくなると 合力が小さくなるからその分の不足を補うように力が必要になるんだよ そして、120°が区切りになるんです ここはあんまり覚えなくてもいいかもしれないけど。 合力がちょうど元の力と同じ大きさになるんですよね 合力の大きさが、 ちょうど元の力と等しくなる境界みたいな感じです 120°は力同士が反対方向に近くなってくるわけじゃないですか 反対向きの成分と打ち消し合い始める境界みたいな感じなんですね 力は大きさと向きを兼ね備えているやつなんです さっきの速度みたいな感じです この大きさと向きを兼ね備えているものを、 高校レベルになるとベクトルって言ったりします だから平行四辺形を使って、 合力を求める場合に 矢印の長さは力の大きさを表して矢印の向きは力の方向を表しているんだ そしたら、 使い方を説明しますね Step1 2つの力を矢印で書いてあげます 長さは力の大きさに比例して、角度は、力の向きと同じである Step2 2つの矢印を頂点で交わらせる Step3 平行四辺形を完成させる (それぞれの矢印を平行移動させて) ここまでのステップを、さっきの問題で書いてみると
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こんな感じになりますね 皆さんわかってると思いますが、 私ミスをしました。 合力を緑で書くつもりが点線を緑で書いてしまったが、 ためにわかりにくくなっちゃうんですよ だから申し訳ないけど合力は赤で書かせてください Step4 この平行四辺形に対角線を引く この対角線が物体に実際に働く合力の方向と大きさを表すので赤で書くと こんな感じになってこの赤色の線が合力と言うことになります そしたら今度は逆に力の分解とは何なのかって言うことを説明します 1つの力を2つ以上の方向に分けることを力の分解と呼び、 力の分解を行ったときにできるそれぞ れの方向の力のことを分力と呼びます。 力の合成で元に戻すことができます だから、力を分けた後のそれぞれの力のことが分力ですよ 力の分解も、実は平行四辺形を使って表すことができまして ちなみに、斜面上の物体の運動を考える時ばっかり取り扱われます これもステップごとにやっていきますね Step1 分解したい元の力を描く まだ分解されていない1つの力のことを元の力と表現しております Step2 分解する方向を決める 今回の場合、斜面上の物体の運動は基本的に台車とかが下るみたいな話なんですよ この時に働く力は真下に働く重力と 斜面方向に下るのだから、 斜面方向の2つ だから、重力の方向と斜面方向の分力を考えていかなくてはいけません Step3 元の力から平行線を引く 数学では、平行線の定義って同じ平面上で、 どこまで延長しても交わらない2本の線の事だと思 うのですが 物理では元の力の矢印から分解したい方向に平行に線を引くことを言います だから、平行四辺形を完成させるためのガイドになってくれるわけです
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Step4 もう一方の辺にも平行線を引いてあげて、 平行四辺形の完成 この四角形の辺が分力の大きさと向きを表すんだよ ム この1つの力を2つに分解しなさいと言われました では分解していきましょう どういった風に分解してあげればいいかと言ったら 重力の方向と斜面方向の2つですよね こんな感じになります 台車
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これだったら 大体こんな感じになるわけです エネルギー ここからはエネルギーについてやっていきます エネルギー... 仕事をする能力、物体を変化させる元 だから、他の物体を変形させたり物体を動かしたりする能力と考えてもらって結構です 皆さん、この後 仕事という言葉を勉強します そして、ここで出てくるのは、3つエネルギーがあるんですが、 最初の2つをやりますね 運動エネルギー... 動いている物体が持っているエネルギー 速さと質量によって決定する 卓球とかで考えてみましょうか 卓球はラケットを使ってピンポン玉を叩いてやる球技ですね (書いてる本人は中学生の頃は卓球部でした 厳密には弱すぎて卓球玉拾いになったんですが ね)
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これも実は体験談なんですが 普通にピンポン玉をぶつけられるのとスマッシュって言って強く 一気にバチーンって感じでどっちが威力的に強いですかね 普通に当てられる分は、 そこまで速さは無いんです 運動エネルギーは小さい 質量も小さいだ から当たってもそこまで痛くないんですよ 一方で、 スマッシュボール 当たったらすごく痛いです 運動エネルギーが大きいんですよ 質量 が小さくても (私は誰かの打ったスマッシュボールが目に当たって 視力が低下しましたね ) 次はボーリング玉を考えてみましょう 質量は大きいです それを投げられたらどうでしょうか 痛い所の騒ぎではないと思うんですがね これに速さが加わったらとんでもないことになりますね ちなみに、私は当てられかけた事はあります 避けれたんでいいんですけど。 だから結局運動エネルギーは質量と速さの2つによって決定するんだ 何か机の上にものを置いてみましょう 動かないものって考えると動かないって事は運動してい ないことになりますので 運動エネルギーは0 ボールとかを軽く動かしたら運動エネルギーは小さいもののあります もっと強く転がしたら、 運動エネルギーは大きくなります 位置エネルギー... 物体の位置とか状態によって持っているエネルギー 高い机の上にボールがあるとしましょう ここでボールは動いていないとします。 でも、落とせば動くことはできますよね だから位置エネルギー持っています。 地面に置いたボールとかだと高さが0に近いじゃないですか動かせても落ちる力ってほぼない ですよね。よって位置エネルギーは少ないとかないと考えた方が妥当でしょう。 運動エネルギーは運動が激しいほどエネルギーが大きい 位置エネルギーはその物体の位置が高いほど大きい 力学的エネルギー... 物体が持っている運動エネルギーと位置エネルギーの和 そして、この2つの合計は基本的に変わりません これを力学的エネルギーの保存と表現します ジェットコースターを考えてもらいたいんですが 基本的に遊園地とかにあるジェットコースターって高いところに最初あると思うんですよ 位置エネルギーは大きいけど、 運動エネルギーが少ない状態 ここから一気に下りますよね 位置は低くなるけど速さがどんどん増えていくわけです 言い換えますと位置エネルギーは小さくなってその分だけ運動エネルギーが大きくなる。 これどういうことかわかりますかね 位置エネルギーは運動エネルギーに変換されているんです だから、合計としては変わらないから保存されているわけですね エネルギーは、形が変わるだけで無くなっているわけではないです
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start 選 位:9 運 11:6 運:4 1位:5 13:5 位:4 67:6 位:9 Goal 運7 69 ※位…位置エネルギー 今日、下手で簡易的なジェットコースターを書いてみました 運運動エネルギー 値は大体目安ですけど MAX10でやってみると、大体こんな感じかなと あるエネルギーが増えると、もう片方のエネルギーが減る関係なんです まさに、位置エネルギーと運動エネルギーはトレードオフの関係なんですね! 仕事 皆さんが仕事って聞くと、 何を思い浮かべますかね パソコンをカタカタやって書類を作って上司とかに提出して、、、 みたいなことを思い浮かべるでしょうか 理科の仕事はこれとはちょっと違うんですよね 仕事… 物体に力を加えて、その力の向きに動かすこと 単位はJ(ジュール) その時のエネルギーのことを考えてもらいたいんですが 力が大きければ大きなエネルギーが与えられるじゃないですか そうすると仕事って大きくなりま すよね。 そして、動かす距離が長ければその分ずっと力をかけて動かすわけですからこれも仕事が大き いですよね 計算公式ですね 仕事(J)=力 (N) × 移動距離 (m) 仕事をするためには物体に力を加えた上で動かさなくちゃいけないわけですよ だから、物体が動かなかった場合は、どんだけ押しても仕事をしていないってことになります ちょっと辛辣ですね
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では、実践問題いきましょう 仮に、とある人がなんかちょっと高めの台に乗ってます 地上からの高さを4mとして今からこの人は3kgの物体を持ち上げます では、この人がした仕事は何Jでしょうか 皆さん大丈夫ですよね 移動距離 × 力ですから 移動距離は4× あれ? 力が載ってませんね。 そうすると3kgの物体を持ち上げたわけだからこれをNにしてあげればいいんです 1N≒100gですので 3kg=3000g≒30N より 4 x 30 = 120 よって120Jとなるわけです では、本格的に実践問題いきましょう ① 10Nの力で箱3m動かした。 この時仕事はいくらか。 ②重い机に50Nの力をかけたが、机は動かなかった。 この時仕事はいくらか。 ③100gのおもりを2m引っ張ったときの仕事はいくらか。 では、実際に計算してみましょう ① 10 × 3 = 30 よって30 J、、、 答 ②どれだけ引っ張っても動かなければそれは物体に仕事をしたとは言えないので 答えは仕事 をしていない もう一つ、パターンを覚えておくといいと思うのは。 何か物体を持ってそのままじっとしてました。 だから、上とかにあげないパターン。これも当然物体に仕事をしていないので。 ③ 100g ≒ 1Nなので 1×2=2 よって2J、、、 答 重さ=カでは無いからね。 要注意です。 そして、もう一つ、お話をすると 物体がされた仕事っていうのはその物体のエネルギーとして蓄 えられるって話です どういうことかといいますと 仕事って力を使って、 物体にエネルギーを与えることと考えることができるんですね 力をかけて、物体を動かすとその物体にエネルギーが蓄えられるんです 物体を押したり引いたりすると物体は動き始めますよね その時は、 物体の速度が増えるので、 運動エネルギーが増えるんです 後は、物体を持ち上げたら位置エネルギーですよね 重力に逆らって高い位置エネルギーを得る わけです そしたら次は仕事率って言うものをやっていきます 仕事率... 1秒間で何Jの仕事をしたか 単位はW(ワット) 仕事率(W) =仕事(J) ÷時間(秒) 1秒間にどれくらい仕事をしましたか?ってことだから短い時間であるほど、 仕事率は大きくなり ますよね
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最初の基本問題から慣れていきましょう ① 10Nの力で箱を5m動かした。 この仕事を2秒で行ったときの仕事率を求めよ ② 50 Nの力で荷物を10m動かす ・Aさんは5秒かけて ・Bさんは2秒かけて それぞれの仕事率を求めよ ③力200Nで3mの箱を動かす。 かけた時間は0.5秒である。 仕事率を求めよ ①最初は、仕事を求めれば良いので 仕事= 10×5=50 50 J 仕事率は 50÷2=25 よって答えは25W ② 仕事 = 50 × 10 = 500 500 J Aさんの仕事率、、、 500+5=100 Bさんの仕事率 500 +2=250 ③ 仕事 = 200 × 3 = 600 600 J よって答えは100W よって答えは250W 仕事率は 600 ÷ 0.5 = 1200 よって答えは1200W 仕事のW数が多いほど、能率がいいと言うことができます でも、仕事が大きければ仕事率が大きいとは限らないこともあります これが仕事と仕事率の大きなポイント そしたら次は仕事の原理についてやっていきます 仕事の原理... 道具を使って物体を持ち上げる。 あるいは移動させても物体が得るエネルギーは 変わらないこと 物体が得るエネルギーの部分を言い換えると仕事の量と言い換えることができます ここで出てくる2つの滑車 定滑車と動滑車 定滑車は固定してある滑車なんだと思っといてください 軸が固定されてるから滑車自体は動かない ロープを引っ張らなくても滑車の位置は変化しない 人が手を離しても落ちないのね (ちょっと今回は生物ではないので、人は漢字で書かせてもらいますが) そして、すごく重要なところは 定滑車の場合、 役割は力の向きを変えることなんですね 例えば、よくアニメとかに出てくる井戸とバケツをイメージしてもらいたいんですね 井戸の中からバケツで水を汲むのに上に引くのは大変じゃないですか。 だから定滑車を用いることで、 力の向きを変えてるんです 下向きに引く方が楽じゃないですか ただ、力の大きさは変わらないので物体の重さと同じ力が必要ですよね 必要な力を少なくする とか、そんなことはできないんです。
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こんな感じですね 定滑車 動滑車は力を半分にすることはできるけど、その分距離は2倍になるよってものです N IN SAN こんな感じで、 自分が引く分は半分になります 動滑車は動く滑車ですからね ロープが力を分担してくれてる感じです でも、そのかわり距離が2倍です。 力は半分になっても、距離が2倍だから仕事の原理か成り立つんだよね 作用・反作用の法則・慣性の法則 ここから2つほど法則が出てきますがそのうちの片方ですね。 作用・反作用の法則って何なんて言うことを説明していきます
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作用・反作用の法則... 物体Aが物体Bに力を加えたら 物体Bも物体Aに対して同じ大きさで反対 向きの力を返しますよっていう法則です。 AさんとBさんは水面でボートに乗っているとしましょう 皆さんが思い浮かべている。 ボートとは違って、 軽くぷかぷかしてるようなやつ。 そこに乗りながらAさんはBさんのことを押しました そしたら押されたBさんは当然後ろ側に行き ますよね でも、実はAさんも後ろに後退していくんです A 緑作用 赤坂反作用 そして、作用と反作用に出てくる4つの特徴について説明していきますね 参考書にはこんな言い方がされてると思うんですが、噛み砕いていきますね ①大きさが等しい 作用の力と反作用の力は同じ大きさである ②向きが反対 作用の力の向きと、 反作用の力の向きは逆である ③同一直線上にある 作用の力と反作用の力は同じ直線上で押し合う関係 ここまでは皆さん大丈夫だと思うんですよ ④対象が入れ替わる これはどういう意味かわかってない人が結構多いですよね 作用の力ってA→Bですよね 反作用の力はB→A 同じ物体にはかからないんだよってことなんです 必ず2つの物体でやりとりされる力じゃないですかこの力は必ず別々の物体にかかりますよね。 同じ物体に打ち消し合う力としては働かないですよね
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こういうことです 物体の釣り合いと似てますけれども、 全然違いますからね 法則の2つ目です 物体は、外から力を受けない限り運動の状態を変えないよ つまり 止まっている物体に関して はそのまま止まり続けるし ある速度で運動している物体に関しては、その速度のままで運動を 続けるよ この性質のことを慣性といいます 質量を持った物体は、 必ず慣性を持っているんだ 例えば、ほっとかれた物体があるとしましょうか 外部から力を受けていない。 それ以外にもうまく力が釣り合っていてバランスが取れている物体 両方とも静止しているわけですけれどもこういった状態をキープし続ける だから、物体と言うものは、 その状態をキープし続けるんだと このような法則を慣性の法則といいます エネルギーの変換と熱の伝わり方 私たちは自然界にありふれているエネルギーの源からそれを使いやすい形に変換して使って るんですね 自然界に存在する奴は、 一次エネルギーそしてそれを使いやすい形に変換したものを二次エネ ルギーといいます 例えば、石油とかありますね あれをそのままポンと使うのではなくて何らかの力学的エネル ギーとか、電気エネルギーみたいな形に変換してやっていくんです 車とかも 熱エネルギーをエンジンを通して、 力学的エネルギーに変換したり 後はカイロは化学エネルギーを熱エネルギーに変換したりとか 力学的エネルギーで、摩擦熱を産んで熱エネルギーにして こんな具合にエネルギーって変換しているわけなんですが、 それに関わっているすべてのエネル ギーの全体 総量に関しては一定に保たれているんですね だからこのエネルギーが今ないよっ て言っても 実はそれは他のやつに変わってるんだなと 変換をするたびになくなっていくんだったら、いずれは枯渇しますもんね 自然にあって、 早々なくなるエネルギーでは無いよねみたいなものを再生可能エネルギーといい ます 例えば太陽光とか水力とかバイオマスなどなど 逆に、いずれなくなるだろう 石油とか化石燃料とか 掘って、 全部使ったらなくなりますよね このようなエネルギーを再生可能エネルギーとは、 逆に枯渇性エネルギーといいます それでは次は熱の伝わり方です
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冷 伝等> <対流 この3パターンを覚えてください ではやっていきましょう 皆さんはコンビニというかスーパーマーケットですかあのめちゃくちゃ大きい入れ物にアイスが 入ってるやつありますよね。 冷たい状態だとカチコチで掬えないでも、暖かくなったらアイスが掬えるようになる よくアルミニウムとか、銅のスプーンが用いられるんですがこれ熱伝導率が高いものです。 要は熱を伝えやすいものです そうすると手の温度がスプーンとかを伝わって アイスのほうに 行って溶けて掬いやすくなる そんな感じであるんですね では本格的に熱の伝わり方を3パターン見ていきましょうか 画像の1番左側 熱している高温の部分から 低音の部分にどんどんどんどん熱が伝わっていっ ております このような熱の伝わり方を熱伝導 (伝導) といいます だから、金属とかを加熱した時 熱が伝わっていくのは熱伝導ですね! そして、真ん中ですね 水入りのビーカーを加熱しているシーンです。 温められた部分から上のほうに移動して上のほうの水は下のほうに移動する これちょっと説明しますと 温められたものって密度ってどうなります? お風呂とか入ってると眉 毛とかね あったかい空気は上のほうに行きますよね これは密度が低い状態です そして、温められてるって事は、 密度が低い状態に持っていかれてる(?)ということで軽くなる から、上のほうに行くわけです
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そして、一方では、上のほうの水 冷たいから密度が大きい。 つまり重い。重いものが下に行っ て これの繰り返しです 密度が低いものは上に行って密度が高いものは下に行っての繰り返し全体として熱が伝わる よね このような熱の伝わり方を対流といいます 今回は水だけで言いましたが、 空気とかも実はそうです 高校の地学基礎とかを履修する上で対 流は意外とよく出てくるんで。 この密度とあったかいとか、冷たいとかの関係性は覚えておくとい いかもしれません。 それでは最後に右のやつですね 物体の熱が光とか赤外線といったものによって離れた部分に熱が伝わっていく現象を放射(熱 放射)といいます 空間を伝わっていくわけですね。 洗濯物とかを外に干すときに乾くのはこの放射のおかげです では以上ですね
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つり合いの問題です (2)を教えてください🙏😭 いつもこの問題がよく分かんなくて、どういう風に考えていけばいいんでしょうか?
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中学生
理科
中3 理科の仕事とエネルギー分野の質問です。 写真の問題で、私は➁と➂が仕事をした、 ➀は仕事をしていない、と考えましたが、本当は➂も仕事をしていない、ということになるそうです。 仕事をしたかしていないかは、物体が力の向きに動いたかどうかだということは理解しています。 ➂の場合だと、力を加えた向きに荷物が動いているので仕事をしたと思いました。 自分の解釈と違った答えだったので少し消化不良気味になっています。 どうして➂は仕事をしていないことになるのか教えてくださるとありがたいです🙇🏻♀️
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なぜ②ではなく③なのでしょうか?力の分解で左に力は働かないのでしょうか
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