Question

とあるゲスト

この理科の問題全ての解説をお願いします。回答があるので、参考にしてください！

021
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。
-9-
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

✓ (3) 1.0kgの磁石をPの位置に置くと、 すべりおりていった。 この磁石が水平面上の点Rを通過するときの速
さは何m/sか。
(4) AとBの実験結果より, 誤りを含むといえるものを次のア~エからすべて選んで, その記号を書け。
ア. 物体が斜面をすべりおりるとき, 速さはだんだん速くなる
イ. 物体が斜面をすべりきったときの速さは質量に比例する
ウ. 物体が斜面をすべりおりるときの速度の変化度合いは質量に比例する
物体が斜面をすべりおりるとき, 速さは一定の割合で変化する
(5) AとCの実験結果より誤りを含むといえるものを次のア~エからすべて選んで, その記号を書け。
ア. 物体が斜面をすべりきったときの速さは初めに物体を置く位置の高さが高いほど速い
イ. 物体が斜面をすべりおりるときの速度の変化度合いは初めに物体を置く位置の高さには関係ない
ウ物体が斜面をすべりおりるときの速度の変化度合いは質量に比例する
x. 物体が斜面をすべりきったときの速さは質量に比例する
(6) A~Dの実験結果より誤りを含むといえるものを次のア~エから一つ選んで、その記号を書け。
ア. 磁石の質量と水の温度上昇は比例の関係にある
イ. 磁石を置いた位置の水平面からの高さと水の温度上昇は比例の関係にある
ウ.繰り返しの回数と水の温度上昇は比例の関係にある
エ, 点Rを通過するときの速さと水の温度上昇は比例の関係にある
(7) A~Dの実験結果をもとにして考えると,質量 4.0kg の磁石を水平面からの高さが60cmの位置からす
べらせる実験を50回繰り返し行ったとき, 水の温度上昇は何℃であると考えられるか。 小数第1位まで答
えよ｡
(8) この実験におけるエネルギーの移り変わり示した次の図の ① ~ ③ に当てはまる語句として, 最も適切な
組み合わせを、 あとのア〜カから選んで, その記号を書け。
位置エネルギー (①)エネルギー (②)エネルギー (③)エネルギー
(ただし, 位置エネルギーと ① エネルギーは何度か互いに変換されている間に、 それらが徐々に②
エネルギーに変換されていき、最終的に ③ エネルギーに変換される )
記号
ア
イ
ウ
オ
熱
熱
電気
電気
運動
(2)
電気
運動
熱
運動
熱
運動
(3)
電気
運動
熱
電気
熱
(9) 磁石のもつ ① エネルギーが、コイルを通過する際に②エネルギーに変換される現象を何というか。 なお、
この現象は一般的にはコイルを貫く磁界が変化することで起こる現象として理解されている。
(10) この実験で用いた水の質量が27.45gであった。 Aの実験において電熱線から発生した熱量は何Jか。
小数第1位を四捨五入して整数で答えよ。 なお, 水1gの温度を1℃上昇させるために必要な熱量は4.2
Jである。
(11) この実験で用いた電熱線の抵抗は2.0Ωであった。 この電熱線に 0.7Aの電流を流すためには何Vの
電圧を加えればよいか。
(12) (10) (11)の計算結果(四捨五入した後の数値)をもとにして考えると、この電熱線に 0.7A の電流を流し
続けて A の実験と同じだけ水の温度を上昇させるためには,何秒間電流を流し続ければよいか。 整数て
答えよ。 ただし, 電熱線から発生する熱量(J)は電力(W)と時間 (s) の積で求められる。
エ
カ
運動
電気
1

入学試験
受験番号
20
4
2
3
8
(12)
(6)
(7)
(18)
(9)
[[10]]
(11)
(3)
(4)
(5)
(2)
(1)
(7)
(2)/8-43
(5)
(4)
(5)
(6)
(7)
(3)
(4)
(1)
1氏名
結晶
有機物
電解質
アイ・ウ・エ
HCI + NaOH→NaCl + H2O
ア
171
ア
20
ア
2.8
エ
ウエ
10.2
400
392
電磁誘導
小
まで答える
登載で
豊数のみ
W
(
cm
g
(M)
(第4期可)
m/s
(RWF)
者)
℃
(235) -
(卵不可)
J
V
秒
ひっかなり