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物体の運動に関する実験について,次の各問に答えよ。
<実験>を行ったところ,<結果>のようになった。
<実験>
(1) |
形が異なるレールAとレールBを用意し,それぞれに目盛りを付け,図1のように水平な床に固定した。 |
(2) |
レールA上の水平な部分からの高さの点aに小球を静かに置き,手を放して小球を転がし,小球がレールA上を運動する様子を,小球が最初に一瞬静止するまで,発光時間間隔秒のストロボ写真で記録した。レールA上の水平な部分からの高さがとなる点を点b,レールA上の水平な部分に達した点を点cとした。 |
(3) |
(2)で使用した小球をレールB上の水平な部分からの高さの点dに静かに置き,(2)と同様の実験をレールB上で行った。レールB上の水平な部分からの高さがとなる点を点e,レールB上の水平な部分に達した点を点fとした。 |
(4) |
ストロボ写真に記録された結果から,小球がレールA上の点aから運動を始め,最初に一瞬静止するまでの秒ごとの位置を模式的に表すと図2のようになった。さらに,秒ごとに①から⑪まで,順に区間番号を付けた。 |
(5) |
レールBについて,(4)と同様に模式的に表し,秒ごとに①から⑪まで,順に区間番号を付けた。 |
(6) |
レールAとレールBにおいて,①から⑪までの各区間における小球の移動距離を測定した。 |
図1
レールA
レールB
図2
レールA
レールB
<結果>
区間番号 |
① |
② |
③ |
④ |
⑤ |
⑥ |
⑦ |
⑧ |
⑨ |
⑩ |
⑪ |
時間 [s] |
0- 0.1 |
0.1- 0.2 |
0.2- 0.3 |
0.3- 0.4 |
0.4- 0.5 |
0.5- 0.6 |
0.6- 0.7 |
0.7- 0.8 |
0.8- 0.9 |
0.9- 1.0 |
1.0- 1.1 |
レールAに おける 移動距離 [] |
3.6 |
7.9 |
10.4 |
10.9 |
10.9 |
10.9 |
10.8 |
10.6 |
9.0 |
5.6 |
1.7 |
レールBに おける 移動距離 [] |
3.2 |
5.6 |
8.0 |
10.5 |
10.9 |
10.9 |
10.6 |
9.5 |
6.7 |
4.2 |
1.8 |
12
〔問1〕 <結果>から,レールA上の⑧から⑩までの小球の平均の速さとして適切なのは,次のうちではどれか。
ア
イ
ウ
エ
〔問2〕 <結果>から,小球がレールB上の①から③まで運動しているとき,小球が運動する向きに働く力の大きさと小球の速さについて述べたものとして適切なのは,次のうちではどれか。
ア力の大きさがほぼ一定であり,速さもほぼ一定である。 |
|
イ力の大きさがほぼ一定であり,速さはほぼ一定の割合で増加する。 |
|
ウ力の大きさがほぼ一定の割合で増加し,速さはほぼ一定である。 |
|
エ力の大きさがほぼ一定の割合で増加し,速さもほぼ一定の割合で増加する。 |
|
〔問3〕 図3の矢印は,小球がレールB上の⑨から⑪までの斜面上にあるときの小球に働く重力を表したものである。小球が斜面上にあるとき,小球に働く重力の斜面に平行な分力と,斜面に垂直な分力を解答用紙の方眼を入れた図にそれぞれ矢印でかけ。
図3
〔問4〕 <実験>の(2),(3)において,点bと点eを小球がそれぞれ通過するときの小球がもつ運動エネルギーの大きさの関係について述べたものと,点cと点fを小球がそれぞれ通過するときの小球がもつ運動エネルギーの大きさの関係について述べたものとを組み合わせたものとして適切なのは,次の表のア〜エのうちではどれか。
|
点bと点eを小球が それぞれ通過するときの 小球がもつ運動 エネルギーの大きさの関係 |
点cと点fを小球が それぞれ通過するときの 小球がもつ運動 エネルギーの大きさの関係 |
ア |
点bの方が大きい。 |
点fの方が大きい。 |
イ |
点bの方が大きい。 |
ほぼ等しい。 |
ウ |
ほぼ等しい。 |
点fの方が大きい。 |
エ |
ほぼ等しい。 |
ほぼ等しい。 |