問1
★
仕事を求める
20 Nの力で、物体を力の向きに4 m動かした。仕事は何Jか。
答えを見る
答え80 J
式：20 × 4 = 80
中学理科 / 物理分野
Unit 14
仕事とエネルギー
物理でいう「仕事」は日常の「仕事」とは少し違う。
力×距離の仕事から、エネルギー変換の法則まで学ぼう。
💪 仕事（J）⚡ 仕事率（W）🔋 エネルギー保存
1
仕事
重い荷物を持ち上げて運ぶのは物理的に「仕事」だが、同じ荷物を持ったまま何時間立ち続けても、物理的には「仕事をしていない」ことになる。物理の「仕事」は、力を加えてその向きに物体を動かしたときだけ成立する特別な意味を持つ。
物理では「仕事」に特別な意味がある。力を加えてその方向に物体を動かしたときだけ「仕事をした」という。
FORMULA — 仕事の公式
仕事（J）= 力（N）× 力の方向の移動距離（m）
力の向きと運動の向きが垂直のとき、仕事 = 0（例：本を持ったまま水平に歩く）
🧮 計算例
10 N の力で物体を力の向きに 3 m 動かした仕事は？
仕事 = 10 N × 3 m = 30 J
🔑 POINT — 仕事の原理
道具（滑車・斜面など）を使っても、仕事の総量は変わらない。力は小さくなるが距離が長くなり、結果的に仕事量は同じ——これを仕事の原理という。
❌ よくある誤解
誤：滑車や斜面などの道具を使えば、必要な仕事の量そのものを減らせる
正：道具を使うと必要な「力」は小さくできるが、そのぶん動かす「距離」が長くなるため、仕事の総量（力×距離）は道具を使っても使わなくても変わらない（仕事の原理）
「楽になる＝仕事が減る」ではない。道具は「力を小さくする代わりに距離を長くする」という交換をしているだけで、仕事の総量を減らす魔法ではない。
高校物理では、力の向きと移動の向きが斜めにずれている場合の仕事を「力×距離×cosθ」という形で計算するようになり、仕事とエネルギーの関係を「仕事＝運動エネルギーの変化量」という形でより一般的に扱う（仕事とエネルギーの定理）。高校物理の範囲
2
仕事率
同じ重さの荷物を2階まで運ぶとき、ゆっくり運んでも急いで運んでも仕事の量は同じ。でも「どれだけ短い時間でその仕事をこなせたか」という速さの違いを表すのが仕事率である。
単位時間あたりの仕事の量を仕事率という。単位はワット（W）。
FORMULA — 仕事率
仕事率（W）= 仕事（J）÷ 時間（s）
1 W = 1 J/s。電球 60 W は毎秒 60 J のエネルギーを使う
❌ よくある誤解
誤：仕事率が大きいほど、できる仕事の総量が多い
正：仕事率は「仕事の速さ」を表すものであり、仕事の総量（できる仕事の大きさ）とは別の概念である。仕事率が大きい機械は同じ仕事を短時間でこなせるが、こなせる仕事の総量が多いとは限らない
仕事率(W)の大きいモーターは「速く」仕事ができるが、動かせる「総量」は別途、仕事(J)そのもので考える必要がある。
高校物理では、仕事率を「力×速さ」という形でも表せるようになり、車の加速性能やモーターの出力といった実用的な場面での計算に応用する。電気分野での電力(W=VI)との共通点・違いも整理して学ぶ。高校物理の範囲
3
エネルギーの種類と保存
ブランコが高い位置で一瞬止まり、また勢いよく下りてくるのを見たことがあるだろう。高さのエネルギーとスピードのエネルギーが、交互に姿を変えながら受け渡されているのである。
物体が他の物体に仕事をする能力をエネルギーという。エネルギーは形を変えるが、総量は変わらない（エネルギー保存の法則）。
図1：振り子では位置エネルギーと運動エネルギーが交互に変換される。合計（力学的エネルギー）は一定。
⚡ エネルギーの種類まとめ
| エネルギーの種類 | 公式（中学レベル） | 例 |
|---|---|---|
| 重力による位置エネルギー | E = mgh（m:質量・g:9.8・h:高さ） | 高い場所にある物体 |
| 運動エネルギー | E = ½mv²（v:速さ） | 動いている物体 |
| 弾性エネルギー | — | 縮んだばね |
| 熱エネルギー | — | 摩擦で発生する熱 |
| 電気エネルギー | E = Pt（P:電力・t:時間） | 電池・発電機 |
❌ よくある誤解
誤：振り子はいずれ止まってしまうので、エネルギー保存の法則は成り立っていない
正：振り子が止まるのは、空気抵抗や支点の摩擦によって力学的エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、外部に逃げていくためである。摩擦や空気抵抗を含めた「エネルギー全体」で見れば、総量は保存されている
「エネルギーが減る」ように見える現象の多くは、実際には熱などの見えにくい形に変換されて逃げているだけであり、宇宙全体で見ればエネルギーの総量は変わらない。
高校物理では、力学的エネルギー保存則を数式で厳密に扱い、摩擦がある場合には力学的エネルギーの減少分がちょうど摩擦によって発生した熱に等しくなることまで計算できるようになる。エネルギー保存は熱力学（高校化学の反応エンタルピー）とも根底でつながっている考え方である。高校物理・高校化学の範囲
📖 高校化学「反応エンタルピーの種類」を見てみる
🎯 テストでの問われ方
定期テストでは、斜面や滑車を使った仕事の計算問題（仕事の原理を利用した検算）、振り子や斜面を転がる球の位置エネルギー・運動エネルギーの変化をグラフで表す問題が頻出。高校入試でも、力学的エネルギー保存を利用してジェットコースターや振り子の速さを求める計算問題が定番となっている。
🎯 練習問題
まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。
問2
★
仕事が0になる場合
本を5 Nの力で支えて持ったまま、水平に10 m歩いた。本を支える力が本にした仕事は何Jか。
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答え0 J
力の向き（上）と動いた向き（水平）が垂直なので、仕事は0。
問3
★★
仕事率を求める
300 Jの仕事を5秒間で行った。仕事率は何Wか。
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答え60 W
式：300 ÷ 5 = 60
問4
★★
仕事を求める
仕事率40 Wのモーターが15秒間にする仕事は何Jか。
答えを見る
答え600 J
式：40 × 15 = 600
問5
★★
エネルギーの移り変わり
振り子が振れているとき、おもりの運動エネルギーが最大になるのはどの位置か。
- ア最も高い位置
- イ最も低い位置
- ウ最も高い位置と最も低い位置のちょうど中間
答えを見る
答えイ
いちばん低い位置で、位置エネルギーがすべて運動エネルギーに変わる。
問6
★★★
仕事の原理
60 Nの力が必要な荷物を、真上に2 m持ち上げる。同じ荷物を、斜面を使って同じ高さまで24 Nの力で引き上げるとき、斜面に沿って何m引けばよいか。摩擦は考えないものとする。
答えを見る
答え5 m
仕事の原理：仕事は 60 × 2 = 120 J で変わらない。120 ÷ 24。
✅ この単元のまとめ
- 仕事（J）= 力（N）× 移動距離（m）（力の向きと移動方向が同じ場合）
- 力の向きと移動が垂直の場合は仕事 = 0
- 仕事の原理：道具を使っても仕事の総量は変わらない
- 仕事率（W）= 仕事（J）÷ 時間（s）
- 位置エネルギー・運動エネルギーは互いに変換される
- エネルギー保存の法則：エネルギーの総量は変わらない
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