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① 以下の [A] および [B] を読み、 問い (1)~(4) に答えよ。 ただし、100g の質量の
物体に作用する重力の大きさを 1 N とする。 (15点
[A]
サガノさんとトキワさんは、以下のものを準備し、 いくつかの実験を行った。
・パネ〈質量は無視できるほど軽く、実験でのびきることはないものとする。)
力学センサー 力の大きさを測る測定装置)
・おもり
・ビデオカメラ
以下の文は、 サガノさんとトキワさんが実験結果について会話しているものである。
サガノパネと力学センサーを【図1】のようにつないで、バネののび x [cm] と
バネを引っ張る力F [N]の関係を表にすると、 【表1】のようになったよ。
トキワ: 【表1】から､このバネが1の法則にしたがっていることがわかる
ね｡ F とxの関係を式に表すと, F-2 x と書けるね｡
サガノ ここにあるおもりを 【図2】 のようにパネにそっとつるしてみると、バネ
が 12cm のびてつり合っているから、おもりの質量は 3gだね。
トキワ ところで、おもりがつり合っている今の状態から ベネを下に少し引っ張
って手を離すと、ほら、 おもりが上下に振動するよね。 これはなぜなんだ
ろう。
サガノ 実験してみようよ｡
バネ
力学センサー
【図1】
【表1】
x [cm] F[N]
0.10
4.0
8.0
16.0
0.20
0.40
【図2】
トキワさんとサガノさんは、 【図2】のようにパネにおもりをそっとつり下げ、お
もりが静止した状態からおもりを 4cm 下に引っ張って静かに手を離し、 おもりを振動
させた。その振動の様子をビデオカメラで撮り、手を離してからの時間とおもりの位
の関係をグラフに表すと, 次ページの【図3】 のようになった。 なお、【図3】 の
縦軸は下向きを正の向きとし, 原点は、パネにおもりをつり下げていないときのバネ
の先端Pの位置である (このときのバネの長さを自然長という)。
トキワ: 【図3】 をみると, パネの先端Pの位置が 12cm を中心に上下に振動して
いることがわかるね。 なぜ振動するのかな。
サガノ うーん。この場合、 おもりには常に2つの力がはたらいているよね。 おも
りにはたらく重力の大きさをW[N] バネが引く力の大きさをF[N]とを
しょう。 パネの先端Pの位置が12cm より大きいときはF4 W だか
ら、おもりにはたらく合力は5向き､12cm より小さいときは
F 6 W だから、おもりにはたらく合力は7向きになるよね。
つまり、 おもりが振動するのは､おもりにはたらく合力が 8 はたら
くから､と説明できるね。
トキワ なるほど!
PL
0
4
8
12
16
位置 [cm]
(1) 会話文中の1 に入る適切な語を2 および 3 に入る適切な数値を.
それぞれ答えよ。ただし、 2 は小数値で、 3 は 整数値で答えよ。
4 選択肢
(2) 会話文中の下線部の内容が正しくなるように, 4 ~ 8にあてはまるも
のとして最も適当なものを、 それぞれの選択肢から1つずつ選んで記号で答えよ。
(完全解答)
5 の選択肢
6 の選択肢
7の選択肢
【図3】
の選択肢
ア
ア 上
ア<
ア上
イ>
0.7
イ 下
-2-
1 F
ア 常におもりが運動する向きと同じ向きに
イ 常におもりが運動する向きと逆の向きに
ウ常におもりをつり合いの位置に戻す向きに
エ パネが自然長よりのびているときには上向きに、
自然長より縮んでいるときには下向きに
