【中1理科】力のはたらきの要点まとめ｜フックの法則・2力のつり合い

中1理科「力のはたらき」を、図と例題で1つずつ確かめるページです。この単元は、「力で何が起こるか」「力の大きさをどうはかるか」「力をどう表すか」「力がつり合うとは」の4つの順で、前の内容が次の内容で使われます。ばねの計算では、算数の比例を使います。どの見出しも「答え → 図 → 理由 → 解き方」の順に書いています。紙に書いて練習したい人は、下の無料プリントを使ってください。

圧力（Pa）の計算は中2理科の気象の単元で学ぶので、中2理科「気象観測と天気の変化」の圧力の計算で解説しています。

力のはたらきは3つ：形を変える・動きを変える・支える

📄 プリント1・2ページ

理由：力そのものは目に見えません。でも、物の形や動きが変わったり、物が落ちずに支えられたりしていれば、そこに力がはたらいていると分かります。

1つの場面に、2つのはたらきが出ることもあります。テニスボールをラケットで打つと、ボールはつぶれ（形を変える）、向きと速さが変わります（動きを変える）。ばねにおもりをつるして止まっているときは、ばねがのび（形を変える）、おもりが落ちません（支える）。

はたらきの見分け方：まず、力を受けている物体を1つ決めます（同じ場面でも、どの物体を見るかで答えが変わるから）。次に、その物体の形が変わったか、動き（速さ・向き・止まる・動き出す）が変わったか、落ちないように支えられているかを見ます。

力にはどんな種類がある？ ふれ合って／離れていても

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弾性と弾性力：変形した物体が、もとの形にもどろうとする性質を弾性といい、そのときにはたらく力を弾性力（弾性の力）といいます。のびたばね・曲げた板・引いた輪ゴムには、弾性力がはたらいています。

• 重力：地球が、物体を地球の中心に向かって引く力。手をはなした物が落ちるのは、重力があるからです。
• 磁力（磁石の力）：磁石の極どうしが引き合ったり、しりぞけ合ったりする力。N極とS極は引き合い、同じ極どうしはしりぞけ合います。磁石が鉄を引きつける力も磁力です。
• 電気力（電気の力）：こすった下じきに髪の毛が引きつけられるときなどの力。

重さは、物体にはたらく重力の大きさのことです。

離れていてもはたらく力の例：手をはなしたボールは、何にもふれていないのに落ちます（重力）。磁石を近づけるだけで、クリップが動きます（磁力）。こすった下じきを近づけると、髪の毛が引きつけられます（電気力）。

力の大きさの単位は N（ニュートン）：100gで1N

📄 プリント4ページ

理由：台ばかりは、手で押しても、物体をのせても目盛りが動きます。どちらも、台に力が加わっているからです。重力の大きさを基準（ものさし）にすれば、手の力も同じ単位ではかれます。

質量から力の大きさへ：

• 質量を g にそろえる（1kg＝1000g。1Nは100gを基準にしているから）。
• 100でわる（100gごとに1Nふえるから）。例：2.5kg → 2500g → 2500÷100＝25N
• 反対に、力の大きさから質量を出すときは、100をかける。例：3.5N → 3.5×100＝350g

ばねばかりの使い方：

• 何もつるさないで、目盛りを0に合わせる（ずれたままだと、はかった値もずれるから）。
• 目盛りは、真横から読む（斜めから見ると、目盛りがずれて見えるから）。
• いちばん大きい目盛りより大きい力を加えない（ばねがのびきって、もとにもどらなくなるから）。

力の大きさとばねののびの関係は、どう調べる？

📄 プリント5ページ

実験のやり方：

• ばねをスタンドにつるし、ばねの下の指標（目印）に、ものさしの0cmを合わせる（0から読めば、目盛りがそのままのびになるから）。
• おもりを1個つるし、ゆれが止まってから、指標の目盛りを読む。
• おもりを1個ずつふやして、同じように読む。
• おもりの質量を力の大きさ(N)に直して、表にまとめる（おもり1個20g → 0.2N）。

測った値には、どうしても小さなずれが出ます。このずれを誤差といいます。

グラフのかき方：

• 横軸に変えた量（力の大きさ）、縦軸に変わった量（のび）をとり、量の名前と単位を書く。いちばん大きい値が入るように、目盛りを等間隔にふる。
• 表の値を「・」で打つ。おもりの数ではなく、力の大きさ(N)の値を打つ。
• 点を折れ線で結ばず、点のなるべく近くを通る直線を引く（誤差があるので、点が線の上と下に同じくらいちらばるように引く）。
• 直線が原点を通るかを確かめる（この結果は原点を通る直線。くわしくは次の見出し）。

フックの法則：ばねののびは、力の大きさに比例する

📄 プリント6ページ

理由：前の見出しのグラフは、原点を通る直線でした。1Nで5cmのびています。算数の比例と同じです。表で、のび÷力を計算してみましょう。1.1÷0.2＝5.5、1.9÷0.4≒4.8、3.1÷0.6≒5.2、3.9÷0.8≒4.9、5.0÷1.0＝5.0。どれも5に近い値です（誤差があるので、ぴったり同じにはなりません）。比例の関係では、のび÷力は同じ値になります。

のびと力の計算（例：1Nの力で3cmのびるばね）：

• 1Nあたりののびを調べる（1Nで3cm）。
• のび＝1Nあたりののび×力。2Nのとき：のび(cm)＝3×2＝6cm　2.5Nのとき：のび(cm)＝3×2.5＝7.5cm
• 力＝のび÷1Nあたりののび。のびが12cmのとき：力(N)＝12÷3＝4N

2本のばねをくらべる：ばねPは1Nで2cm、ばねQは1Nで6cmのびます。同じ3Nの力を加えると、Pののびは 2×3＝6cm、Qののびは 6×3＝18cm。Qののびは、Pののびの 18÷6＝3倍です。

グラフでは、線が急なばねほど、少しの力でよくのびます。くらべるときは、同じ力でくらべます。ばねばかりや台ばかりの目盛りが同じ間かくなのは、のびが力に比例するからです。

ばねの「長さ」と「のび」はどうちがう？ 自然長

📄 プリント7ページ

例：1Nで3cmのびるばね（自然長8cm）に、2.5Nの力を加えたとき

ばねの長さのグラフ：自然長6cmで、1Nで2cmのびるばねです。縦軸を「ばねの長さ」にすると、力が0のときの長さは自然長の6cmなので、グラフは原点を通らず、6cmの所から始まります。縦軸と交わる所が、自然長です。2Nのときの長さが10cmなら、のびは 10－6＝4cm です。

2つの長さから自然長を出す：あるばねに1Nの力を加えると長さ10cm、3Nの力を加えると長さ16cmになりました。力が 3－1＝2N ふえると、長さが 16－10＝6cm ふえたので、1Nあたりののびは 6÷2＝3cm。1Nのときののびが3cmなので、自然長＝10－3＝7cm です。

重さと質量は、どうちがう？ 月へ行くと何が変わる？

📄 プリント8ページ

同じ物体でも、地球と月では、重力の大きさがちがいます。例：質量600gの物体は、地球でも月でも質量は600g。重さは、地球で6N、月で1Nです。

上皿てんびんは、物体と分銅の重さをくらべる道具です。月では物体も分銅も重力が16になるので、つり合う分銅は地球と同じです。ばねばかりは、物体の重さそのものをはかる道具です。月では重さが16になるので、値も16になります。

月の問いを解く順：①地球での重さを出す（質量(g)÷100 → N）　②月での重さは、×16　③質量は変わらない

力は、どのように矢印で表す？ 力の三要素

📄 プリント9ページ

理由：机の上の本を同じ大きさの力で押しても、まん中を横に押すとまっすぐすべり、はしを押すと回るように動きます。力のはたらきは、大きさだけでなく、向きやはたらく場所でも変わります。

矢印のかき方：

• 作用点を「・」でかく（力がどこにはたらくかを示すため）。
• 作用点から、力の向きに矢印をかく（矢印の向きが、力の向きだから）。
• 矢印の長さを、力の大きさに比例させる。例：1Nを1目もりにする（長い矢印ほど大きい力だと分かるようにするため）。

矢印を読む：先に、「1目もりが何Nか」を見ます。1目もり＝2Nなら、4目もりの矢印は、2×4＝8N です。

物体にはたらく力は、どう見つける？ 作用点はどこ？

📄 プリント10ページ

力の見つけ方：

• 力を受ける物体を1つ決める（どの物体の力を考えるかが決まらないと、力を数えまちがえるから）。
• その物体にふれている物を、全部さがす（手・糸・床・ばねなど）。ふれ合ってはたらく力が見つかる。
• ふれていなくてもはたらく力をさがす。重力はいつもはたらく。磁石や電気の力もさがす。
• それぞれの力を、「何が何に加える力か」で言い、作用点と向きを決める。

作用点の決め方：

図のように、糸がおもりを引く力は糸がついている所から上向きに、重力はおもりの中心から下向きに、かきます。2本の矢印が同じ長さになるわけは、次の見出しで学びます。

力がはたらいているのに動かないのは、どんなとき？ 2力のつり合い

📄 プリント11ページ

理由：綱引きで、両方のチームが同じ大きさの力で反対向きに引くと、綱は動きません。

2力がつり合う条件を調べる実験：厚紙に穴を2つあけ、それぞれに糸でばねばかりをつけて、反対向きに引きます。厚紙が止まったときの、2つのばねばかりの値・向き・糸の位置を調べると、値は等しく、向きは反対で、2本の糸は一直線上にありました。

糸でつるしたおもりは止まっているので、重力と糸がおもりを引く力はつり合っています。2本の矢印は、同じ長さで、反対向きで、一直線上にあります。

机の上の本や、押しても動かない箱には、どんな力がはたらく？

📄 プリント12ページ

垂直抗力：机の上の本には、重力（下向き・本の中心から）と垂直抗力（上向き・机と本がふれ合う面から）がはたらき、つり合っています。質量500gの本なら、重力は 500÷100＝5N なので、垂直抗力も5Nです。

摩擦力：氷の上がすべりやすいのは、摩擦力が小さいからです。反対に、くつの底のみぞや自転車のブレーキは、摩擦力を利用しています。

ばねばかりの値から、摩擦力を知る：床の上の箱をばねばかりで水平に引くと、ばねばかりが2.5Nを示しても箱が動きませんでした。箱は止まっているので、引く力と摩擦力はつり合っています。だから、摩擦力は2.5Nで、引く力と反対向きです。引く力を大きくしても動かない間は、摩擦力も同じだけ大きくなります。

まとめ

力には、物体の形を変える・動きを変える・支える、の3つのはたらきがあります。力の大きさの単位はNで、100gの物体にはたらく重力が約1Nです。ばねののびは、加える力の大きさに比例し（フックの法則）、ばねの長さは「自然長＋のび」で求めます。質量は場所で変わらず、重さ（重力の大きさ）は場所で変わります。力は、作用点・向き・大きさの三要素を矢印で表し、2力がつり合う条件は「大きさが等しい・向きが反対・一直線上」の3つです。プリントの確認問題で、ばねの計算とグラフを手を動かして練習してみてください。