挑戦１

　純物質1ｇの温度を1℃変えるのに必要な熱量のことを何というか。
　　　　
　①　比熱（ひねつ）

　②　密度（みつど）

　③　比重（ひじゅう）

突破１

純物質1gの温度を1℃変えるのに必要な熱量のことを何というか。
①比熱　②密度　③比重
→→【①比熱】

　熱量には２つの単位（「J 」ジューと「cal」カロリー）があり、水1gの温度を1℃（=1K ケルビン）変えるのに必要な熱量は1calまたは約4.2J。。この「K」ケルビンという単位は「絶対温度」のことで、国内で使われる温度℃（セルシウス温度）の値に273.15を足した値（０℃＝273.15K。1℃と1Kの目盛間隔は同じ）である。
　比熱（ひねつ）は、同じ質量や体積あっても物質によって異なり、物質1gあたりの温度を1℃（=1K）上昇させるのに必要な熱量のこと。同じ熱量が与えられても、比熱が小さいと温まりやすく（冷めやすい）特徴となり、温度変化が起こりやすい。比熱の単位は、「J/g・K（ジュール毎グラムケルビンと読む）」、または、「cal/g·K（カロリー毎グラムケルビン）」。学校では、比熱の単位としてJ/g·℃やcal/g·℃が使われることがある。さらに、この比熱（J/g·Kまたはcal/g·Kに物質の質量gを掛け算した結果を「熱容量（単位　J/Kまたはcal/K）」といい、熱容量は物その物体の温まりやすいさ・温まりにくさ（冷めやすさ・冷めにくさ）を示す。
　
　＜物質の比熱（J/g·K）のおよその値＞　
　　水4.2　氷2.1　アルミニウム0.89　鉄0.44　
　　銅0.38　金0.12　銀0.23

　ある比熱の物体に温度変化を発生させる熱量（Jまたはcal）は次式で求めることができる。
　○熱量（J）＝比熱（J/g·℃またはJ/g・K）×物質の質量（g）×温度変化（℃またはK）
　○熱量（cal）＝比熱（cal/g·℃またはcal/g·K）×物質の質量（g）×温度変化（℃またはK）
　熱量1Jと1calの関係は「1cal＝4.184（約4.2）J」と定めれている。
　
　また、密度は、単位体積（1㎤または1㎥、1L）あたりの体積の質量（gまたはkg）のこと。単位はg/㎤またはg/㎥、kg/㎥、g/Lなどが使われている（1g/㎤=1kg/L）。密度は「物体の質量÷体積」で求められる。
　
　＜物質の密度のおよその値＞　
　　水1.0　氷2.1　アルミニウム2.69　鉄7.87　
　　銅8.96　金19.32　銀10.49

　さらに、比重とは、ある物体の単位体積あたりの質量（密度）と、標準物質（水や空気）の単位体積あたりの質量（密度）の比のこと。固体や液体の比重に関する標準物質は4℃の水（密度は1.0g/㎤≒0.999973）である。物体の比重は、物体の単位体積あたりの質量÷水の単位体積あたりの質量のことで、水に浮くか浮かないか等の判断材料になる。水の単位体積あたりの質量である密度は通常1.0g/㎤を使用するため、比重＝物体の密度÷水の密度(1.0）。これより、比重と密度は同値となる。

挑戦２

　水の比熱を1cal/g·℃としたとき、50℃の水50gと100℃の水100gを合わせると何℃になるか。ただし、熱量は外部へ逃げないものとする。

突破２

　水の比熱を1.0cal/g·℃としたとき、50℃の水20gと100℃の水80gを合わせると何℃になるか。ただし、熱量は外部へ逃げないものとする。
→→【90℃】

　熱量は次式で求めることができる。
　　○熱量（cal）＝比熱（cal/g·℃）×物質の質量（g）×温度変化（℃）
　ここで、２つの水を合わせたときに、温度が50℃と100℃の間のT℃になったとすると、
①　50℃の水20gが得た熱量（J）＝1.0（cal/g·℃）×20（g）×（Tー50）（℃）
②　100℃の水80gが失った熱量（J）＝1.0（cal/g·℃）×80（g）×（100ーT）（℃）
　この①と②は、外部へ熱量を失うことがないため等しい。これらよりTを求めると、T＝90（℃）となる。

挑戦３

　大陸と海洋の比熱を比べると、海洋の方が大きいという。このことから、日中に暖まりやすく、冷めやすいのは「大陸」、「海洋」のどちらかな。

突破３

　大陸と海洋の比熱を比べると、海洋の方が大きいという。このことから、日中に暖まりやすく、冷めやすいのは「大陸」、「海洋」のどちらかな。
→→【大陸】
　
　比熱が大きいということは、暖まりにくく、冷めにくいということ。
　晴れた日の昼間、比熱の大きな海洋は暖まりにくく、比熱の小さい大陸は、暖まりやすくなる。そのため、大陸の地上付近の空気は暖められ、密度が小さくなって上昇気流となる。そこへ海からの空気が地上付近へ流れ込み海風となる。一方、夜間は比熱の小さい大陸が冷えやすく、比熱の大きな海洋は冷めにくくなって、暖かい海洋表面の空気は上昇気流となる。そこへ陸からの空気が流れ込み陸風となる。この海風と陸風が変わる際に風が止まる、それが凪（なぎ）。朝起こる凪が朝凪、夕方起こる凪が夕凪である。

挑戦４

　「質量」と「重さ（重量）」に関する以下の選択肢において、正しいのはどれか。①〜⑧から４つ選べ。

① 質量は物体の量を、重さ（重量）は物体にはたらく重力の大きさを示す。
② 重さ（重量）は物体の量を、質量は物体にはたらく重力の大きさを示す。

③ 質量は世界のどこで測っても重力の影響を受けず同じ値になるが、重さ（重量）はその地点の重力の大きさの影響を受ける。
④ 質量はその地点の重力の大きさの影響を受けるが、重さ（重量）は世界のどこで測っても同じ値である。

⑤ 質量は上皿天秤ばかりで、重さ（重量）はバネばかりで測ることができる。
⑥ 重さ（重量）は上皿天秤ばかりで、質量はバネばかりで測ることができる。

⑦ 質量の単位はgやkgで、重さ（重量）の単位はN（ニュートン）である。
⑧ 重さの単位はgやkgで、質量の単位はN（ニュートン）である。

突破４

　「質量」と「重さ（重量）」に関する以下の選択肢において、正しいのはどれか。①〜⑧から４つ選べ。
　①　質量は物体の量を、重さ（重量）は物体にはたらく重力の大きさを示す。
　②　重さ（重量）は物体の量を、質量は物体にはたらく重力の大きさを示す。
　③　質量は世界のどこで測っても重力の影響を受けず同じ値になるが、重さ（重量）はその地点の重力の大きさの影響を受ける。
　④　質量はその地点の重力の大きさの影響を受けるが、重さ（重量）は世界のどこで測っても同じ値である。
　⑤　質量は上皿天秤ばかりで、重さ（重量）はバネばかりで測ることができる。
　⑥　重さ（重量）は上皿天秤ばかりで、質量はバネばかりで測ることができる。
　⑦　質量の単位はgやkgで、重さ（重量）の単位はNである。
　⑧　重さの単位はgやkgで、質量の単位はNである。
→→【①③⑤⑦】

　質量と重さ（重量）をまとめると、以下のようになる。
・質量は物体の量を、重さ（重量）は物体にはたらく重力の大きさを示す。
・質量は世界のどこで測っても重力の影響を受けず同じ値になるが、重さ（重量）はその地点の重力の大きさの影響を受けて変わる。
・質量は上皿天秤ばかりで、重さ（重量）はバネばかりで測ることができる。
・質量の単位はgやkgで、重さ（重量）の単位はNである。

（Geo）　物質の質量は重力の影響によらないため、地球上、月面上、宇宙空間など重力の影響が違うところでも値に変化なし。この質量には慣性質量と重力質量があり、同じ値。慣性質量は、物質の動きにくさの程度を表す慣性の大きさのことで、ニュートン力学の運動の第２法則やアインシュタインの特殊相対性理論（物体がもつすべてのエネルギーを真空中の光速の2乗で割った値）で求められる。また、重力質量は、万有引力の法則によって定義され、上皿てんびんばかり等で、物体にはたらく重力と、分銅などの標準物体にはたらく重力との比較から求められる。単位はkgやgなど。

挑戦５

　質量600gの物体を、①赤道、②月面、②宇宙空間へもっていき、質量を上皿てんびんばかりで、重さをバネばかりで測定したら、それぞれ何g、何Nを示すか。
　ただし、地上のどこででも重力の大きさが等しく、質量100gの物体の重さ（重量）は重さ（重量）1Nとする。また、月面の重力の大きさは地上の6分の1、宇宙空間では無重力とする。

突破５

　質量600gの物体を、①赤道、②月面、②宇宙空間へもっていき、質量を上皿てんびんばかりで、重さをバネばかりで測定したら、それぞれ何g、何Nを示すか。ただし、地上のどこででも重力の大きさが等しく、質量100gの物体の重さ（重量）は重さ（重量）1Nとする。また、月面の重力の大きさは地上の6分の1、宇宙空間では無重力とする。　
→→【①赤道での質量600g、重さ6N　②月面での質量600g、重さ1N　③宇宙空間での質量600g、重さ0N】

　質量は、その場の重力の大きさによる影響を受けないため、①〜③のどこで測定しても上皿てんびんばかりは600gを示す。一方、重さ（重量）は、その場の重力の大きさに関係する。地上（赤道上を含む）において、バネばかりで測る質量100gは重さ（重量）が1Nであることから、赤道での質量600gは重さ6Nになる。月面上では、地球の重力の6分の1であるから、質量600gの重さは1N。また、宇宙空間は無重力であるため、質量に関係なく、重さは0Nを示す。
　
　しかし実際には、無重力下では重力を利用する「はかり」は使用できない。そのため、質量の「加速されにくさ」を利用し、物体をバネにつなぎ振動させ、振動周期（質量が大きいほど長い周期）の測定から質量を求めることができる。また、力を加えた際の加速の具合で測ることもできる。

挑戦６

　以下について考えてみよう。

①　エネルギーとはどんなものか、簡潔に説明してみよう。また、エネルギーの単位は何か。

②　身の回りにあるエネルギーの例を３つ挙げてみよう。

③　光エネルギーが電気エネルギーに変化する具体的な例はなにかな。

④　仕事が熱に変わったり、熱が仕事に変わったりするとき、エネルギーの総量はどうなるか。