物理の仕事とエネルギーの問題です。 以下の（2）の解き方を教えて欲しいです。 答えは v₁²-2gh/2μg cosθ です。 宜しくお願いします。

チェック問題 1 仕事とエネルギーの関係 アxだけ縮んだ ばね定数 kのばねで打ち出された質量 m の物体が, 自然長で速さで 縮み x ① V₁ ばねから外れ, ウ傾きの斜面000000 の動摩擦係数μの部分を1だけ 登って,高さんで止まった。 k m (1) v1, x,k, mを使って表せ。 (2)1,01,h, μ,g, 0 を使って表せ。 易 6分 M To (以外はなめらか) h

解き方を教えていただきたいです！！

31 1次関数 1次関数の値の変化(変化の割合) 関 問1 あるばねにおもりをかけたときのばねの長さを調べたら、下の表のようになった。 おもりの重さ(g) 0 5 10 15 20 25 30 ばねの長さ (cm) 12 14 16 18 20 22 24 おもりの重さをxg, ばねの長さを ycmとしたとき,yをxの式で表すと y= アとなる。 したがって x = 60のとき, y= イとなる。 数学 問2 次の にあてはまる式やことばを、下の①~⑤から選びなさい。 102 2つの変数 x,yについてyがxのウで表されるとき,yはxの1次関数であるとい う。1次関数は一般にエの形で表される。このうちオはxに比例する部分, SE ① カは定数の部分である。 ①y ② y=ax+b ③ 1次式 ④ ax ⑤ b

(1)(ア)の問題で張力を求める際AとBの二つに着目して立式しているのですが、(2)(ウ)の問題ではBだけに着目して立式しているのですが、違いはなんですか？(2)(ウ)はなんでBだけに着目しているのですか？

チェック問題 ( 2 鉛直ばね振り子 ばね定数k,自然長1の軽いばねの両端 にともに質量mの小球A. Bがつけられ ており,Bは天井からつるした軽い糸の先 についている。x軸は,Bの位置を原点に して鉛直下向きにとる。 (1) Aをつり合いの位置で静止させたとき, (ア) 糸の張力Tを求めよ。 (イ) Aの座標 x を求めよ。 (2)(1)の状態からばねの自然長の位置ま で,Aを持ち上げ,静かに放した。 0- X軸 (ア) Aを持ち上げた外力のした仕事Wを求めよ。 やや難 12分 B B 000000000 m (イ) Aが(1)のつり合いの位置を通過するときの速さを求めよ。 (ウ) 糸は張力が2.5mgになると切れる。 糸が切れる直前の ばねの伸びdを求めよ。 (エ) 運動中に糸が切れるかどうか判定せよ。 解説 糸の張力Tが問われているので, 力のつり合いの式を考える。 図aで, 2つの小球に 着目した力のつり合いの式より(ばねの弾性力どう しは相殺). T=mg+mg=2mg 答 T B 0-

なぜBとC両方について力学的エネルギー保存則を使うのですか？ Bだけではダメなのですか？

用向 146 ばねでつながれた物体との衝突■質量が A ともにmの小物体Bと小物体Cを質量の無視でき Bmmmmc るばねで連結し,水平でなめらかな床の上に静止させておく。 いま、図のように、この状態の小物体Bに質量mの小物体Aを, 小物体Bと小物体 Cを結ぶ直線にそって速さで衝突させた。 衝突は弾性衝突とし, 衝突以降の小物体 は,小物体A,BおよびCを結ぶ一直線上を運動するものとする。 また, 小物体の衝突 の結果としてばねが縮む長さに比べて、 ばねの自然の長さは十分長いものとする。 (1) 衝突直後の小物体Aおよび小物体Bの速さをそれぞれ求めよ。 小 (2) 衝突後, ばねが最も縮んだ瞬間における小物体Bと小物体Cの速さをそれぞれ求め よ。 水 (3) ばねのばね定数をkとするとき, (2) でのばねの縮みdをm, kおよび v を用いて表 [新潟大改] 134,135 せ。

なぜ垂直抗力を無視できるのですか？

130 ばね付きの板にのせた物体の運動 図のように鉛直に 立てられた軽いばねに, 厚みの無視できる質量2mの板を固定す る。その板の上に,質量mの小球を静かに置いたところ,ばねは 自然の長さよりdだけ縮んで静止した。この位置を原点とし,鉛 直上向きを正としてx軸をとる。 ここからさらにad (a>0) だ け板を押し下げ静かにはなしたところ, 板と小球は一体となって 動き始めた。重力加速度の大きさをgとし,運動は鉛直方向のみ を考える。 (1) このばねのばね定数を求めよ。 XA m 0- 2m (2) 板と小球が一体となって動いているとき, 位置 xでの加速度および小球が板から受 ける垂直抗力を求めよ。 (3) ある位置で小球が板から離れて上昇した。 小球が板から離れるためのαの条件,離 れる瞬間の位置 (座標), およびそのときの小球の速さを求めよ。 (4) 小球は板から離れた後, ある高さまで上昇しその後落下した。 小球の最高到達点の 位置 (座標) を求めよ。 [15 横浜市大]

(3)ばねがlだけ縮んでいる時と伸びが最大のときとで保存則は使えないのはなぜですか？

128 力学的エネルギーの保存■なめらか な水平面上に,一端を壁に固定されたばね定数 小球 A 小球B ES [N/m] の軽いばねの他端に質量m[kg] の小 球Aが取りつけられていて, 小球Aに接して質量 3m [kg] の小球Bが置かれている。 水平面は, なめらかな斜面とつながっている。 AとBが接したままばねを自然の長さか [m] だけ押し縮めた後, 静かに手をはなしたところばねが自然の長さになった位置 でBはAから離れた。 重力加速度の大きさをg〔m/s'] とする。 (1) ばねを押し縮めるために加えた仕事 W [J] を求めよ。 (2) 小球Aから離れた直後の小球Bの速さ [m/s] を求めよ。 (3) 小球Bが離れた後, ばねの伸びの最大値x [m] を求めよ。 (4) 小球Bが達する最高点の水平面からの高さん [m] を求めよ。 [17 東京農大 改] 124

(2)なぜ離れた直後の2球の速さは同じだと分かるのですか？

128 力学的エネルギーの保存■ なめらか な水平面上に,一端を壁に固定されたばね定数 小球 A 小球 B [N/m] の軽いばねの他端に質量m[kg] の小 球Aが取りつけられていて, 小球Aに接して質量 3m [kg] の小球Bが置かれている。 水平面は, なめらかな斜面とつながっている。 AとBが接したままばねを自然の長さか [m] だけ押し縮めた後, 静かに手をはなしたところばねが自然の長さになった位置 でBはAから離れた。 重力加速度の大きさをg[m/s] とする。 (1) ばねを押し縮めるために加えた仕事 W [J] を求めよ。 mog (2) 小球Aから離れた直後の小球Bの速さ [m/s] を求めよ。 (3) 小球Bが離れた後, ばねの伸びの最大値 x[m] を求めよ。 (4) 小球Bが達する最高点の水平面からの高さん [m] を求めよ。 [17 東京農大 改] 12

すみません、この問題の(1)が0.25Nになるらしいのですがよくわかりません💦

図のような量と体積の物体A-Dを用いて, 浮力について、次の実験を行っ 問いに答えなさい。ただし、水の密度は1.08m² 100gの物体には たら動力の大きさを1としばやや体験はないものとする。 実験) 調べた。 N-Dをそれぞれ図のようにばねにつるして, 静止したときのばねの長さを ②につるした物はA-Dをそれぞれ図のように水槽の底につかないように完 全に水中に沈め、静止したときのばねの長さを調べた。 表は、物体BDについて、 ①,②の結果を示したものである。 50cm 50cm 25cm 25cm 100g 200g 100g 75g 物体 B D ①のときのばねPの長さ(cm) 20.0 15.0 のときのばねPの長さ(cm) 18.0 14.0 実験込) 水槽 524 5 06 てんびん 「てんびん てんびん BP 水槽 実験で、ばねを1cmのばすのに必要な力は、何であるとわかるか。 (2)実験22) ばねののびは何cmだったか。 図4のように, てんびんのXに物体をつるしたばねを全に物体を取り付 ところてんびんがつり合った。 ②①の物体を図のように、水槽の底につかないように完全に水中に沈めたと ころてんびんのXが下がって物体の底が床について静止した。この時、物体 をつるしている糸はたるんでいなかった。 物体ADのうち、4のてんびんのXのばねPに物体A以外, Y側に体以外 の物体も糸でつるし、②のときと同様に, Y側につるした物体を完全に水中に沈め てんびんの傾き方を調べた 4のてんびんのXのばねPと、 Y側に物体A-Dのいずれかを1つずつ糸でつる し、図のように手で支えながら両方の物体を水槽の底につかないように完全に沈め ていき、手を離した後のてんびんの傾き方を調べた。 (3)実験23)でてんびんがつり合った物体の組み合わせを X側につるした 物体, Y側につるした物体)のように表し、記号で全て答えなさい。 (4)実験2の④で、てんびんがつり合った物体の組み合わせを, (X側につるした 物体, Y側につるした物体)のように表し、記号で全て答えなさい。

⑵バネの長さが最大の時とバネをl縮めた地点でのエネルギー保存の法則を使ってはダメなんですか？

例題 23 3 力学的エネルギー 10 質量Mの板をつけたばね定数 んの軽いばねがある。 この板に質 量の小球を押しつけ, ばねを M m Imm だけ縮めた後, 手を放した。 重力 huz 7 ほん 加速度の大きさをg とする。 ただし,面はなめらかで, ばねが自然 長に戻ったとき, 小球は板から離れる。 m (1) ばねが自然長に戻ったときの小球の速さを求めよ。 2, <(2) 小球と離れた後, ばねの伸びの最大値xはいくらか。 ma (3) 小球が高さんの台上にすべり上がるための1の条件を求めよ。 2. 解面はなめらかであり, 仕事をする力が重力と弾性力だけなので力学的エネ ルギーは保存される。 (1) は (板と小球) の速さなので 2 ½ kl² = 1½ (m+M) v² £ŋ_v=1 k m+M (2) ばねの長さが最大のとき, 板の速さは一 瞬0になる。 1175) 1½ Mv² = 1½ k x2 最大 kx² ひ M M . x=v k m+M (3)右図において 12mu=12mo+mgh ここで 12 で/1/mo≧0なので 12m-mgh≧0となり,問(1)の結果を代入して k 1m (1√ m² + M 2 - mgh ≧0 2(m+M)gh k 自然長 v h (位置エネルギーの基準) -47- 基 92 3gc g g

（2）においてばねの伸びがa-xになるのは何故ですか？ a+bだと思ったのですが

出題パターン 鉛直方向への物体の単振動 XA a ばね定数のばねを鉛直に立て、床に固定する。 ば ねの上端に質量の薄い板Bを取りつけ, 板の上 質量の小球A を乗せると、 自然長からだけ縮 んで静止した。 このつりあいの位置を0として、 鉛直上向きに軸をとる。 また、 重力加速度の大きさ をgとする。 (1) ばねの痛み α を求めよ。 次に板B をつりあいの位置から、さらに (0) だけ下げて静かに放すと、 AとBは一体となり単振 動した。 小球Aと板Bの単振動の周期を求めよ。 (3) 位置における, 小球 Aの速さを求めよ。 0 eeeeeee 1-2xy (4) 小球Aが板Bから受ける垂直抗力N の関数として表せ。 代入して などと (5) 小球Aが板Bから離れないもの条件を求めよ。 解答のポイント! A. B間に働く垂直抗力をNとして, A, B それぞれの運動方程式を立て N を求め, AがBから離れる 垂直抗力NO を用いる。 解法 (1)問題文の図で、力のつりあいより (a-x)だけ元に 戻ろする ポイント!! (M+m)g=ka M+mg ... 00 k 今後の式変形に、この人を フル活用することになる。 (2) 単振動の解法3ステップで解く。 X1 必ず向きを Ma +9 れない条件 STEP1 x 軸は与えられている。 STEP2 振動中心は、つりあいの (白)a 位置x=0の点。 折り返し点は速さ0で静かに放し そろえる α ka at Mg x = -b と, 振動中心に対して対 称の位置にあるx=bo X(中)0* mg 図9-8 自然長はx=αの点。 STEP3 9-8 のように、加速度をα. A,B間の垂直抗力をN ると, 図9-8 より A,Bの運動方程式は,