物理分野の用語と知識の問題
エネルギーや仕事、エネルギー資源、放射線について述べた次の文のうち、最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア エネルギーは別の種類のエネルギーに移り変わるとき、その一部が消滅してしまうため、移り変わる前と後でエネルギーの総量は減少する。
- イ 同じ明るさで点灯させるとき、LED 電球は白熱電球に比べて、消費した電気エネルギーのうち熱エネルギーに変わる割合が大きい。
- ウ 放射線には物質を通り抜ける性質（透過性）があり、α線は γ線よりも透過性が大きく、厚い鉛の板も通り抜ける。
- エ バイオマス発電では燃料を燃やすときに二酸化炭素が出るが、燃料のもとになる植物が成長するときに光合成で二酸化炭素を吸収しているため、大気中の二酸化炭素の総量を増やさないと考えられている。
- オ 斜面や滑車などの道具を使って物体を同じ高さまで持ち上げると、必要な力を小さくできるので、道具を使わないときに比べて仕事の大きさも小さくなる。
この問題で使うもの
- 仕事とエネルギーの移り変わり（説明と入口の問題）
- エネルギー資源と放射線（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（3 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
エネルギーの保存、エネルギーの変換効率、放射線の性質、仕事の原理、再生可能なエネルギー資源の特徴という、それぞれの知識を思い出して 1 つずつ確かめよう。
ヒント 2
エネルギーは移り変わっても総量は変わらないこと、道具を使っても仕事の大きさは変わらないこと、α線は紙 1 枚でさえぎられることがポイントである。
ヒント 3
ア・ウ・オは、エネルギーの保存・放射線の透過性・仕事の原理に反しているので誤り。残る 2 つのうち、白熱電球と LED 電球のどちらが電気エネルギーを熱として多く失うかを考えよう。
答えと解説
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エ
どこでつまずきましたか？（選ぶと、戻る場所を案内します）
解説を読む
正解はエである。
エ（正しい） バイオマス発電は、木くずや家畜のふん尿、生ごみなど生物由来の資源（バイオマス）を燃料として利用する発電である。燃料を燃やすと二酸化炭素が出るが、その炭素はもともと植物が光合成によって大気中の二酸化炭素を取りこんだものである。そのため、全体として大気中の二酸化炭素の総量を増やさないと考えられている（このような考え方をカーボンニュートラルという）。
ア（誤り） エネルギーは移り変わるとき、目的のエネルギー以外に熱エネルギーや音エネルギーなどにも変わるが、消滅はしない。移り変わる前と後でエネルギーの総量は変わらない。これをエネルギーの保存（エネルギー保存の法則）という。利用しにくい熱などに変わる分があるため、目的のエネルギーに変換される割合（変換効率）が 100 % にならないだけである。
イ（誤り） 白熱電球は、電気エネルギーの多くが熱エネルギーに変わってしまう。LED 電球は熱エネルギーに変わる割合が小さく、電気エネルギーを効率よく光エネルギーに変換できる。そのため、同じ明るさなら LED 電球のほうが消費電力が小さい。「熱エネルギーに変わる割合が大きい」のは白熱電球のほうである。
ウ（誤り） 放射線に透過性があるのは正しいが、透過性の大きさが逆である。α線は紙 1 枚でさえぎることができ、透過性が小さい。γ線は透過性が大きく、さえぎるには厚い鉛の板やコンクリートなどが必要である。
オ（誤り） 道具を使うと必要な力は小さくできるが、そのぶん力を加えて動かす距離が長くなる。そのため、仕事（力の大きさ × 力の向きに動いた距離）の大きさは、道具を使っても使わなくても変わらない。これを仕事の原理という。
別解
各選択肢を確かめる。
ア：誤り。エネルギー保存の法則により、エネルギーが移り変わってもエネルギーの総量は変わらない。消滅して減ることはない。利用できないエネルギー（熱など）に変わるだけである。
イ：誤り。LED電球は白熱電球より、消費した電気エネルギーのうち光エネルギーに変わる割合が大きく、熱エネルギーに変わる割合は小さい。
ウ：誤り。透過性が最も大きいのはγ線（やX線）で、α線は最も小さい。α線は紙1枚でも止まる。厚い鉛の板を通り抜けられるのはα線ではない。
エ：正しい。バイオマス発電では燃やすと二酸化炭素が出るが、原料の植物が成長するときに光合成で二酸化炭素を吸収している。そのため、大気中の二酸化炭素の総量を増やさない（カーボンニュートラル）と考えられている。
オ：誤り。仕事の原理により、道具を使っても仕事の大きさは変わらない。力は小さくなるが、力を加える距離が長くなる。
よって正解はエ。