傾向＆ポイント 仕事や仕事率では、てこの役割とばねの伸びの問題、熱と温度では、比熱、熱量を求める問題が多い。また、力学的エネルギー保存の法則を押さえておくこと。
1⃣仕事
□仕事
物体に力F[N]がはたらいて、距離ｓ[ｍ]だけが移動したとき、Ｆとｓの方向のなす角をθとすれば、力が物体にした仕事Ｗ[Ｊ]は、
Ｗ＝Ｆｓcosθ
□仕事率
仕事Ｗ[Ｊ]を時間ｔ[ｓ]でしたとすれば、仕事率Ｐ[Ｗ]は、
Ｐ＝Ｗ／ｔ
□仕事の単位：Ｊ(ジュール)
1Ｊは物体を１Ｎの力で、力の向きに１ｍ移動させたときの仕事量。
□熱と仕事
熱量…熱エネルギーの大きさ(温度変化の際、物体に出入りするエネルギー)。(熱量の単位：Ｊまたはcal 1J＝0.24cal,1cal＝4.2Ｊ)
比熱…物質１ｇの温度を1Ｋ(１℃)上昇させるのに必要な熱量。
(ケルビン[Ｋ]は絶対温度の単位。温度感覚１Ｋは1℃と等しい)
□水の比熱
4.2Ｊ／ｇ・Ｋ よって、水１ｇの温度を1Ｋ(1℃)上昇させるのに必要な熱量は4.2Ｊ(4.2Ｊ＝１cal).
□熱容量
物質の温度を1Ｋ(1℃)上昇させるのに必要な熱量。
熱容量＝質量×
□熱平衡
温度の異なる物体が接触すると、高温の物体の温度が下がり、低温の物体の温度が上がって、やがて両者の温度は等しくなる。この状態を熱平衡という。
□熱量保存の法則
温度の異なる２つの物体が接触して熱平衡となるとき、２つの物体がもつ熱量の総和は変化しない。
□さまざまなエネルギー
エネルギーにはさまざまな形態があり(熱エネルギー、力学的エネルギー、化学エネルギー、光エネルギー、電気エネルギーなど)これらは互いに移り変わる。〈例〉水力発電：水のもつ位置エネルギーが電気エネルギーぶ変わる。
2⃣力学的エネルギー
□重力による位置エネルギー
基準面から高さｈ[ｍ]にある質量ｍ[ｋｇ]、重力加速度ｇ[ｍ／ｓ²]の物体のもつエネルギーＵ[Ｊ]は、
Ｕ＝ｍｇｈ
⇒高さと質量に比例
□弾性力による位置エネルギー
ばね定数ｋ[Ｎ/ｍ]のばねを自然長よりｘ[ｍ]伸ばした(縮めた)とき、ばねのもつエネルギーＵ[Ｊ]は、
Ｕ＝1／2×ｋｘ²
⇒伸びｘの２乗に比例
□運動エネルギー
速さｖ[ｍ／ｓ]で動く質量ｍ[ｋｇ]の物体のもつエネルギーＫ[Ｊ]は、
Ｋ＝１／２×ｍｖ²
⇒速さの２乗と質量に比例
□力学的エネルギー保存の法則
物体に仕事をする力が重力と弾性力のみの場合、力学的エネルギーは一定である。
力学的エネルギーＥ＝運動エネルギーＫ＋位置エネルギーＵ＝一定
＋α 絶対温度をＴ[Ｋ]，セ氏温度をｔ[℃]とすると、Ｔ＝ｔ＋273の関係がある。
