位置エネルギーに関する質問の5つの例
重力ポテンシャルエネルギー
1. 50 kg の物体を垂直に持ち上げるのに 4.900 ジュールのエネルギーが使用されます。物体は…の高さまで上昇します。（g = 9,8 ms -2）
A. 0,1メートル
B. 10メートル
C. 98メートル
D. 245 m
E. 960 m
討論
以下のことが知られています。
位置エネルギーの変化（ΔEP）＝4900ジュール
物体の質量 (m) = 50 kg
重力加速度 (g) = 9,8 m/ s²
求めるもの：物体は（Δh）の高さまで上昇する。
ジャワブ：
ΔEP = mg Δh
4900 = (50)(9,8) Δh
Δh = 10メートル
正解はBです。
バネのポテンシャルエネルギー
2.次のグラフは、ばねの力Fと長さの増加量xの関係を示しています。ばねが8cm変形した場合、ばねのポテンシャルエネルギーは…
A. 1,6 × 10-5 ジュール
B. 6,4 × 10⁻⁴ジュール
C. 8ジュール
D. 16ジュール
E. 128ジュール
討論
以下のことが知られています。
力（F）＝2ニュートン
長さの増加 (x) = 1 cm = 1/100 メートル = 0,01 メートル
ばねのたわみ = 8 cm = 8/100メートル = 0,08メートル
質問：バネの位置エネルギー
ジャワブ：
グラフ上のデータを用いて、ばね定数を計算してください。
バネの持つ位置エネルギー：
∆ EP = 1/2 kx 2
ΔEP = 1/2 (200 N/m)(0,08 m) 2
ΔEP = (100 N/m)(0,0064 m 2 )
∆EP = 0,64 Nm
3.オブジェクトの以下の状態のうち：
（１）伸縮性のあるスリングショット用ゴム
（２）偏向振り子
（３）加熱アイロン
位置エネルギーを持つ物体には番号が付けられています...
A.（1）
B. (1)および(2)
C. (2)
D. (2)および(3)
E. (3)
討論
（１）伸縮性のあるスリングショット用ゴム
スリングショット用のゴムは、伸ばすと弾性位置エネルギーを持つ。
（２）偏向振り子
振り子が偏向すると、振り子は重力による位置エネルギーを持つ。
正解はBです。
4.下の表は、片端に荷重をかけたバネを使った実験結果を示しています。Fは荷重の重さ、ΔLはバネの長さの増加分を表します。バネを10cm伸ばすのに必要な仕事量を計算してください。
A. 2,0ジュール
B. 2,5ジュール
C. 5,0ジュール
D. 7,6ジュール
E. 10ジュール
討論
以下のことが知られています。
質問：バネを10cm伸ばすのに必要な力
ジャワブ：
表のデータを使用して、ばね定数を計算してください。
k = F / ∆x = 20 N / 0,04 m = 500 N/m
k = F / ∆x = 30 N / 0,06 m = 500 N/m
k = F / ∆x = 40 N / 0,08 m = 500 N/m
ばね定数は500 N/mです。
バネを10cm伸ばすのに必要な力は次のとおりです。
W = 1/2 k ∆L 2 = 1/2 (500 N/m)(0,1 m) 2 = (250 N/m)(0,01 m 2 ) = 2,5 ニュートンメートル = 2,5 ジュール。
正解はBです。
5.グラフ（Fx）は、力とバネの長さの増加の関係を示しています。上記のグラフに基づくと、バネのポテンシャルエネルギーの大きさは…
A. 20ジュール
B. 16ジュール
C. 3,2ジュール
D. 1,6ジュール
E. 1,2ジュール
討論
周知の事実として、以下のことが挙げられます。
F = 40ニュートン
Δx = 0,08メートル
質問：バネの位置エネルギーは？
答え：
ばね定数:
k = F / Δ x
バネの持つ位置エネルギー：
EP = ½ k Δ x 2 = ½ (F/ Δ x) Δ x 2 = ½ F Δ x
EP = ½ (40)(0,08) = (20)(0,08) = 1,6ジュール
正解はDです。
質問元:
高校・職業高校向け全国統一試験物理問題
