1 次の問いに答えなさい。 実験1 小球A,Bを糸でつなぎ, 図1のような台の最上部に滑車を取りつけ, 2つの小珠 体積が等しく質量が異なる2つの小球A,Bを用いて,次の実験を行った。 をつなぐ糸をかけたところ、小球Aは斜面上に,小球Bは空中に, それぞれ静止した。 ただし、糸の質量,糸と滑車の間の摩擦,小球と斜面の間の摩擦は無視できるものと する｡ 100cm 表 実験2 図2のように,小球A,Bの中心を水平な床から100cmの高さに合わせ, 静止させ した。この状態から、2つの小球を同時に落下させたところ,同時に床に着いた。この ようすをデジタルカメラの連続撮影の機能を用いて0.1秒ごとに撮影した。図3は、 そのときの0.4秒後までのようすを模式的に示したものである。また,小球A,Bの 最初の位置からの移動距離を0.1秒ごとに読み取り、落下開始からの時間との関係を 表にまとめた。 ただし、空気の抵抗は無視できるものとする。 図2 図3 A -定規 30 移動距離〔cm〕 床 落下開始からの時間 [s] 小球A 小球B 滑車 B A B 8 8 0.1 4.8 19.2 4.8 19.2 0.2 O 0.3 43.2 43.2 0.4 76.8 76.8

問1 実験1について,次の(1)~(3)に答えなさい。 (1) 図4は,小球Aが斜面上で静止しているようすを模式 的に示したものであり,図中の矢印a~eは小球Aには たらく力、またはその分力のいずれかを示している。 次 の文の に当てはまるものを、図4の矢印a~e から選びなさい。 また,②の{ }に当てはまるもの を,ア, イから選びなさい｡ 小球Aにはたらく重力の斜面に平行な方向の分力とつり合いの関係にある力は① イ 小さい 図 4 もである。また, 下線部から、小球Aの方がBよりも質量がア 大きい と考えられる。 小球A- b 冷蔵 3024 a C ok d 糸 YO(2) 小球Bが糸を引く力を作用というとき糸が小球Bを引く力を何というか、書きなさい。 (3) 図1の斜面の角度が30度のとき、小球Aと小球Bにはたらく重力の大きさの比を最も簡 単な整数比で答えなさい。 斜面 問2 実験2について,次の (1), (2) に答えなさい。 (1) 落下開始後0.3秒から0.4秒までの区間における小球Aの平均の速さは何cm/sか,書き なさい。 (2) 小球A,Bの落下運動について正しく説明しているものを, アーカから2つ選びなさい。 ア 小球A,Bには,それぞれ落下し始める瞬間にだけ重力がはたらいている。 イ 小球A,Bには,それぞれ一定の大きさの重力がはたらき続けている。 ウ 小球A. Bにはたらく重力は,それぞれだんだん大きくなる。 エ 小球A,Bにはたらく重力の大きさは等しいので、落下するときの速さの変化の割合 も等しい｡ オ 小球A,Bにはたらく重力の大きさは異なるので、落下するときの速さの変化の割合 も異なる。 カ 小球A,Bにはたらく重力の大きさは異なるが,落下するときの速さの変化の割合は 等しい。

1 問1 (1) ①e② ア (2) 反作用 (3) A:B=2:1 問2 (1) 336cm/s (2) イカ (順不同) 解説 問1 (1) Aにはたらく重力はcで,cは斜面に平行 な方向の分力 bと斜面に垂直な方向の分力dに分解される。 斜面に平行な方向では,糸がAを引く力eがbとつり合っ ており、斜面に垂直な方向では、斜面からの垂直抗力aが dとつり合っている。 また,Bにはたらく重力は糸がBを 引く力とつり合っており、この大きさは糸がAを引く力e と等しい。したがって,Bにはたらく重力の大きさは,A にはたらく重力の分力 bの大きさと等しいので,Aの方が 質量が大きいと考えられる。 (3) 斜面の角度が30度のとき, 斜面の台の直角三角形が正 三角形を半分にした形となることから, 図4の力bと力c を1辺とする直角三角形も相似の関係になるため、 正三角 形を半分にした形となる。 よってc: b=c: e =2:1と なることから求めることができる。 問2 (1) 落下開始後 0.3秒から0.4秒までの 0.1秒間に小 球Aが移動した距離は, 76.8-43.233.6 [cm]。この区間 での平均の速さは, 33.6〔cm〕 0.1[s]=336〔cm/s]。 (2) 0.1秒ごとの平均の速さは, 小球A B とも 0秒~ 0.1秒で48cm/s 0.1秒 ~ 0.2秒で144cm/s 0.2秒~ 0.3秒 で240cm/sであり, 0.1秒ごとの平均の速さは区間ごとに 96cm/sずつ大きくなっている。 よって落下するときの速 さの変化の割合は一定であり, 小球の質量には無関係であ るとわかる。