モーターにある一定時間（秒）電流を流し，モーターにおもりを持ち上げるという仕事をさせます。電流，電圧お

よび時間を計測することによって，電力量を求めることができます。そのとき，モーターがした仕事をおもりの質量

と持ち上げた距離から求めることができます。

　逆に，おもりをある一定時間（秒）落下させると，

落下した高さの分だけおもりの位置エネルギーが減

少し，電気エネルギーに変換します。そのときの

電流，電圧および時間を計測することによって電力

量を求めることができます。両者の関係を模式的

に示したものが右の図になります。

●電気エネルギーから位置エネルギーへの転換

　右のような装置を自作し，生徒に実験させることによって，両者の

関係を定性的に理解できるだけでなく，定量的に扱うことによって，

変換効率についても，理解を促すことができます。

　電気エネルギーの現象（モーターの消費電力量）が位置エネルギー

の増加（モーターがおもりにした仕事）にどれぐらい変換されたのかを，

次のようにして求めることができます。

●位置エネルギーから電気エネルギーへの変換

　同様に，位置エネルギーの現象（おもりがモーターにした仕事）が電

気エネルギー（モーターの発電量）にどれぐらい変換されたのかを，次

のようにして求めることができます。

　

　実際に実験してみると，位置エネルギーへの変換効率が25%，電

気エネルギーへの変換効率が20%ほどになります。

仕事と電力量（発展）

電気エネルギーから位置エネルギーへの変換

位置エネルギーから電気エネルギーへの変換

仕事消費電力量変換効率＝ ×100（%）

発電量仕事変換効率＝ ×100（%）

生徒自らが電力量と仕事の変換効率を測定できる。

おもりを落として発電させる。

仕事 電力量位置エネルギー 電気エネルギー

電圧 電流 時間

おもりの重さ

（おもりの質量×　　　重力加速度）

電圧 電流 時間巻き取った距離

おもりの重さ

（おもりの質量×　　　重力加速度）

高さ

仕事

量力電ーギルネエ置位

電力量

変換効率

変換効率

モーターに電流を流す。

プーリーモーター

揺れによるエネルギー分散を抑えるための筒

測定項目／おもりの質量，電流，電圧，　　　　　巻き上げ距離

電圧，電流が測定しやすい巻き上げ速度に

電流の流れる時間を制御

りもお

池電乾

A

V

タイマー

プーリー

モーター

豆電球

測定項目／おもりの質量，電流，電圧，　　　　　落下距離，落下時間り

もお

A

V

中学理科 ３年2－２①

教授用資料さらにくわしくお知りになりたい場合啓林館教師用指導書 3年 詳説 p346

運動とエネルギー多様なエネルギーとその移り変わり

Q：教科書本冊3年p.192にある「図73　いろいろな発電方法」で，水力発電の水車・発電機や火力発電のター

ビン・発電機のところに「運動エネルギー」がないのはなぜですか？

A：発電機は，水力発電の場合は水の力，火力発電や原子力発電の場合は水蒸気の力で，水車やタービンに直

結している発電機を回転させ，その仕事によって電気を発生しています。このとき，水力発電における水の位置エ

ネルギーや火力発電・原子力発電における蒸気の熱エネルギーが，いったん水車・発電機やタービン・発電機の

運動エネルギーに変換されて，それが電気エネルギーに変わるわけではありません。

　例えば，水力発電の場合，水車・発電機にぶつかる直前では，水の位置エネルギーの大部分は水の運動エネルギー

に変わっているわけですが，この運動エネルギーが水車・発電機の運動エネルギーに転化してから電気エネルギー

に変換されるということにはならないのです。

　このことは，発電機のコイルの質量がきわめて小さく無視できる（その場合の運動エネルギーも無視できる）手

回し発電機のように，外からの仕事によってコイルを回転させれば発電できることからもわかります。

発電に関するQ&A

●水力発電のしくみ ●火力発電のしくみ

中学理科 ３年2－２②

教授用資料さらにくわしくお知りになりたい場合啓林館ホームページ：Q&A http://www.shinko-keirin.co.jp/keirinkan/j-scie/q_a/index.html

運動とエネルギーエネルギー資源とその利用