力と運動・エネルギー - つり合い・仕事・エネルギー保存
力と運動・エネルギーでは、力のつり合いと作用反作用、運動の表し方、仕事と仕事率、位置エネルギーと運動エネルギーの保存を理解しているかが問われる。計算だけでなく、どの力がはたらいているかを図や言葉で説明する力も必要である。
力のつり合いと運動
力は大きさ・向き・作用点をもち、単位はNである。1kgの物体にはたらく重力は約10N。1つの物体にはたらく2力がつり合うには、同一直線上で逆向き、大きさが等しいことが必要。作用反作用は、異なる2物体の間で大きさが等しく逆向きにはたらく力で、つり合いとは区別する。合力が0なら静止または等速直線運動を続け、これを慣性という。速さは距離÷時間で求め、向きが変わる運動では平均の速さを使う。
仕事とエネルギー
仕事は、力の向きに物体を動かしたときの「力×距離」で、単位はJ。力を加えても動かなければ仕事は0、力の向きと垂直に動いても仕事は0である。仕事率は仕事÷時間で、単位はW。動滑車では力は半分になるが、ひもを引く距離は2倍になり、仕事の量は変わらない。高い位置にある物体は位置エネルギー、動いている物体は運動エネルギーをもつ。摩擦や空気抵抗が無視できるとき、力学的エネルギーは保存される。
例題
30Nの力で物体を2m持ち上げるのに4sかかった。仕事は30×2=60J、仕事率は60÷4=15W。物体を同じ高さで支え続けても、動いていないので仕事は0Jである。位置エネルギーの増加は、持ち上げた仕事60Jと等しい。
失点しやすい点
質量と重力（重さ）を混同する、仕事の単位Jと仕事率の単位Wを逆にする、平均の速さと瞬間の速さを混同する、といった誤りが多い。動滑車で「力が半分だから仕事も半分」と考えない。エネルギーは力そのものではなく、仕事をする能力である。