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問題4 物体の運動とエネルギーについて,次のような実験を行った。 これについてあとの各問いに答えなさい。
【実験】 右の図のように台 1, 台 2, 水平面をな
P 磁石
めらかに接続し、水平面の真ん中には水
平面を取り囲むようにコイルを設置した。
コイルの両端は, 水の入ったビーカーに
入れている電熱線に接続されている。 こ
の状態で台1の点に小さな磁石を静かに
置くと、磁石は台1からすべりおり始め、
水平面を通過したあと, 台 2 を上昇して
いった。 その後、 磁石は一瞬静止し, 今
度は台 2 をすべりおりていき、 再び水平
面を通過して台を上昇していくような往復運動をしたが、だんだんと往復の振れ幅が小さくなっていき
水平面上で静止した。このとき, 初めに台をすべりおりていくときの様子をデジタルビデオカメラで撮
影し, その映像を元に一定時間ごとの平均の速さを求めた。 また, この実験を一定回数繰り返して行っ
たときのビーカーの水の温度上昇を測定した。 これらの一連の実験を, 磁石の質量を1.0kgと2.0kgの
2種類, 磁石を置く位置をP(水平面からの高さ40cm)とQ(水平面からの高さ20cm) の2種類, 繰り返
しの回数を50回と100回の2種類のそれぞれについて、 これらの条件を組み合わせて4種類の実験
(A, B, C, D) を行い, その結果を記録した。 実験結果を下の表にまとめた。 なお, 台や水平面と磁石
の間の摩擦や、磁石にはたらく空気抵抗は無視できるものとする。 また、電熱線以外の導線部分では
熱は発生せず、発生した熱はすべて水の温度上昇に使われたものとする。 さらに、 使用する磁石の磁
力の強さは質量に関係なく等しいものとし、 地球の磁気など外部の磁気の影響と磁石がコイルの中を
通過するとき以外のコイルに流れる電流が作る磁界の影響は無視できるものとする。
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実験
A
B
C
D
実験
A
B
C
D
磁石の質
量 (kg)
1.0
2.0
1.0
2.0
磁石を置
いた位置
P
P
Q
Q
繰り返しの
回数(回)
100
100
100
50
1台2
電熱線
140
140
140
水の温度
上昇(℃)
3.4
ピーカー
6.8
1.7
1.7
ウ.斜面からの垂直抗力
コイル R
Q
水平面
平均の速さ(cm/s)
0~0.1s 0.1~0.2s 0.2~0.3s 0.3~0.4s 0.4〜0.5s 0.5~0.6s 0.6~0.7s 0.7~0.8s 0.8~0.9s 0.9~1.0s
20
60
100
140
179
219
259
280
280
280
20
60
100
179
219
259
280
280
280
20
60
100
179
198
198
198
188
188
20
60
100
179
198
198
198
188
188
台1
(1) 平均の速さはどのようにして求めるか。 最も適切なものを、次のア~エから一つ選んでその記号を書け｡
ア. (移動した距離)÷(かかった時間)
イ. (移動した距離)×(かかった時間)
ウ.(かかった時間)÷(移動した距離) エ (かかった時間)×(移動した距離)
(2) この実験で磁石が斜面をすべりおりている間に受けている力として正しいものを、次のア~エからすべて
選んで, その記号を書け。
ア. 重力 イ. 磁力
エ斜面に沿って平行な方向の速さ
