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10 斜面上を運動する台車の速さの変化とはたらく力の大きさの関係について調べるために,次の実験を
行った。あとの問いに答えよ。 ただし, 物体にはたらく空気抵抗, 定滑車と斜面の摩擦および糸の質量
は無視できるものとする。
〔実験1] 図1のように, なめらかな斜面上に台車をのせ
台車にはたらく斜面方向の力の大きさをばねばかりで
調べた。 図1の矢印は台車にはたらく重力を表し, 方
眼のマス目の1目盛を1Nとする。
[実験2] 図2のように, 実験1と同じ台車を実験1と同じ
傾きのなめらかな斜面にのせ、 おもりのついた糸を定滑
車に通し斜面と平行になるように台車につないだ。 台車
を斜面上向きに手でおし出し, 台車の先端が点Aを通過
した直後から 0.1秒間隔で発光するストロボ装置で台車
の運動を撮影した。 台車の速さと時間の関係は、図3の
グラフのようになった。 ただし, 台車は定滑車まで到達
しないものとする。
[実験3] 斜面の傾きを変えて, 実験2と同様の実験を行
った。 表はその結果である。
図1
図2
図3
台車の速さ
ばねばかり
定滑車
糸
おもり
なめらかな
斜面
台車の先端
なめらかな
斜面
点 A
50
40
30
20
[m/s]10]
0
0.1 0.2
0.3
0.1 0.5
時間 [s]
点Aを通過してからの
時間 [s]
0.2
0.1
0.3
10
0.4
0.5
点Aから台車の先端ま 3.5 8.0 13.5 20.0 27.5
での距離 [cm]
(1) 実験1で, 台車が静止しているとき, ばねばかりの示す値は何Nか, 書け。
(2) 実験2の図3から, 台車にはたらく力の説明として,最も適当なものを次のア~エから1つ選んで,その
記号を書け。
ア. 台車にはたらく重力の斜面下向きの力の大きさが, 台車にはたらく垂直抗力の大きさより大きい。
イ. 台車にはたらく重力の大きさが, 糸が台車を引く力の大きさより小さい。
ウ. 台車にはたらく重力の斜面下向きの力の大きさが,糸が台車を引く力の大きさと等しい。
エ. 台車にはたらく重力の斜面に垂直な方向の力の大きさが, 糸が台車を引く力の大きさより小さい。
(3) 実験2で用いたおもりの質量は何gか, 書け。 ただし, 質量 100gの物体にはたらく重力の大きさを1
Nとする。
(4) 実験3の表から, 点Aを通過してから 0.2秒から0.5秒までの平均の速さは何cm/s か、 書け。
(5) 実験3の表から、 ① 台車の速さ(縦軸)と点Aを通過してからの時間 (横軸), ②点Aから台車の先端までの
距離(縦軸)と点Aを通過してからの時間 (横軸) のグラフはそれぞれどのようになるか。 最も適当なものを
次のア~カからそれぞれ1つ選んで、 その記号を書け。
