物理
高校生
高校物理 75番の(3)と79番鉛筆で波線引っ張った部分の解説がわかりません。教えて欲しいです。
54 第1章 物体の運動とエネルギー
75
仕事率 重力加速度の大きさを 9.8m/sとして、次の仕事をそれぞれ求める
(1) クレーン車が質量 2.0×102kgの物体を,一定の速さで35秒間に10m持ち上げ
たときの仕事率
2) 自動車が1.5×10°Nの推進力で,一定の速さ 18m/s で走行したときの仕事率
773) 50kgの人が,1.0 分間に高さ12mの階段を一定の速度で上がったときの仕事
ヒント (3)この人は自分にはたらく重力に逆らって12m移動する。宝一高
➡1
9102
運動エネルギーと仕事 図のように,斜面上に質量
76
3.0kg の台車を置き, 速さ2.0m/sですべらせたところ,
ある時間が経過した後に, 台車の速さが6.0m/sになった。
この間に,台車にはたらく合力がした仕事はいくらか。
➡2
77
ヒント 台車の運動エネルギーの変化) = (台車がされた仕事 )
9/10
2.0m/s
さ6.0m/s
18
●運動エネルギーと仕事 質量 2.0×10-2kgの小球が, 厚さ
3.0kg
# ST
2\m0.0.10m
0.10mの鉛直に固定された木材に,速さ 3.0×102m/s で水平に打ち
こまれ、木材を貫通した直後に 1.0×10m/sの速さになった。 木材
の中を進む間, 小球は木材から一定の大きさの抵抗力を, 運動の向き
と逆向きに受けるとする。 また, 重力の影響は無視できるものとする。
(1) 小球が木材を貫通するまでに、木材の抵抗力が小球にした仕事はいくらか。
T(2) 木材の抵抗力の大きさはいくらか。
OS
ヒント (1) (小球の運動エネルギーの変化)=(小球がされた仕事 )
223
・木材
➡2
NET
78重力による位置エネルギー 崖から10m上の塔の屋上には
質量 2.0kgの物体Aがあり, 崖から15m下の水面には質量面
4.0kgの物体Bが浮かんでいる。 重力加速度の大きさを 9.8m/s20
とする。
AQ
塔
10m
崖
(1) 水面を基準にとるとき, A,Bの重力による位置エネルギーは
それぞれいくらか。
15m
B
(2) 崖を基準にとるとき, A, B の重力による位置エネルギーはそ
れぞれいくらか。
-2
水面
79弾性力による位置エネルギー 図のように, 一端を壁
ヒント 重力による位置エネルギーは,基準のとりかたによって正にも負にもなる。
駐車 車
に固定したばね定数 3.0 × 102N/m の軽いばねの他端に物体
をつけて,この物体を水平方向に手で引く。
00000000
(1) ばねを自然の長さから10cm伸ばすとき, 物体がもつ弾性力による位置エネル
ギーはいくらになるか。 また,このときに手が加えた力がした仕事はいくらか。
2)このばねをさらに10cm伸ばすとき、物体がもつ弾性力による位置エネルギーは
いくらになるか。 また、このときに手が加えた力がした仕事はいくらか。
➡2 ヒント 弾性力による位置エネルギーは, 弾性力に逆らって加えた力のした仕事に等しい。
A2
● 基本 75~77
75 仕事率●
考え方 仕事を W=Fx から求め, 仕事率を P=
W から求める。または、P=Fvから仕事率を求める
(2)
(1) 物体は一定の速さで移動するので, クレーン車が物体に加える力と
物体にはたらく重力はつりあっている。 よって, クレーン車が物体に
加える力の大きさは, (2.0×102×9.8N。
この力がした仕事 W [J] は, W=Fx から,
W=(2.0×102)×9.8×10 J
●この後の計算で約分
しやすいように積の形
このままで表している。
W
求める仕事率 P〔W〕 は, P= から,
t
(2.0×102)×9.8×10
P=
-=5.6×102W
5.6×102
35
(3) 補足 この人は,重)
mg〔N〕とつりあう力
(2) 求める仕事率P〔W〕 は,P=Fv から,
P=(1.5×10°)×18=2.7×10*W
答 2.7 × 101W
0.
(3)この人は自分自身にはたらく重力に逆らって鉛直上向きに12m移
〔N〕を自分自身に加えな
がら移動している。仕事
W [J]はこの力がした仕
事である。
動したから,このときの仕事 W[J] は, W=Fx から,
W=50×9.8×12J® マイスじゃないの?
1分= 60s だから,求める仕事率 P〔W〕 は, P=- から,
W
t
P=
50×9.8×12
1.0×60
==98 W
76 運動エネルギーと仕事
止
F
A.S=0.82
N
答 98W
mg
考え方(物体の運動エネルギーの変化)=(物体がされた仕事)の関係式 21/21mo-12mv=W を使う。
2
合力がした仕事を W〔J〕とすると1/12m12m2=Wから,
補足 物体にはたらく力が
W= =1/2x3.06.02-
1
2
×3.0×2.02=54-6.0=48J 48J
m0.I
わからなくても,運動エー
ネルギーの変化から、物
体がされた仕事はわかる。
m01-02.0x=1x
77 運動エネルギーと仕事
1.0.0
考え方(物体の運動エネルギーの変化)=(物体がされた仕事)の関係式 1/12mv-12m
(1) 小球が木材を貫通するまでに, 木材の抵抗力が小球にした仕事を
W(J) とすると,12m12m2=Wから,
W=1/1/1 x (2.0×102) x (1.0×10^)2-11 ×(2.0×10^2)×(3.0×102) 20
=1.0×102-9.0×102
=-8.0×102j@
2
-8.0×102 J
mv=Wを使う。
OA 注意 運動エネルギー
変
(変化後) (変化前)
②抵抗力は移動の向きと
逆向き 仕事は負
0-0.080 W
(2)木材の抵抗力の大きさをF〔N〕とする。木材の抵抗力の向きは小球
の移動の向きと逆向きなので,W=-Fx から,
- 8.0×102=-Fx0.10
よって, F=8.0×10°N
答 8.0 × 103N
78 重力による位置エネルギー
考え方 基準からの高さは,基準より上では正であり,基準より下では負である。 基準からの高さに注
意して、重力による位置エネルギーの式U=mghを使う。
18
A, B の重力による位置エネルギーをそれぞれ, UA〔J〕, UB〔J]とする。
重力による位置エネルギーの式 U=mgh から求める。
(1)
UA=2.0×9.8×(10+15)=490=4.9×102J
Up=4.0×9.8×0=0jo
窗 A…4.9×102J, B…0 J
① 基準の位置では,基準
からの高さは0である。
(2) UA=2.0×9.8×10=196≒2.0×102J
Up=4.0×9.8×(-15)=-588≒-5.9×102j®
②基準より下では,基準
からの高さんは,
答 A... 2.0×10° J, B-5.9×10°J
ん=-(基準からの距離)
alm A
79弾性力による位置エネルギー
考え方 弾性力による位置エネルギーの式U=1kx”を使う。また,(弾性力による位置エネルギー)
=(弾性力に逆らって加えた力のした仕事)の関係から、手が加えた力がした仕事を求める。2
(1)10cm=0.10mなので, 弾性力による位置エネルギーU1 〔J〕は,
U=1/12/kx2 から Vi=1/2/3
-x(3.0×102) x 0.102=1.5J
補足 手が加えた力がした
仕事 Wi〔J], W2 [J]は次
のグラフの、色のついた
部分の面積で表される。
手が加えた力がした仕事 Wi〔J] は, Wi=U=1.5J
答 位置エネルギー・・・ 1.5J, 仕事・・・1.5 J
弾
60
(2)ばねの伸びは0.20mだから, 弾性力による位置エネルギー U2〔J] は,
0830
U=1/12kx から, Us= 1/2×(3.0×10×0.20°=6.0J 前の場合で
U=1/2/kx2から、U2=
〔N〕
2
手が加えた力がした仕事 W2 〔J] は, W2=U2-U=6.0-1.5=4.5J
答 位置エネルギー・・・ 6.0 J, 仕事・・・4.5J
600.10
W2
W₁
0.20
ばねの伸び〔m〕
11&W= FX
+
80 力学的エネルギー
考え方 落下運動の場合について, 等加速度直線運動の式をもとに, 物体の運動エネルギーの変化)=
(物体がされた仕事)の関係を導く。さらに,それをもとに力学的エネルギー保存の法則を導く。
(a) 小球は鉛直下向きに距離だけ落下する。 重力は鉛直下向き
にはたらくから、重力がした仕事は, mg (hi-h2) となる。
(b) 鉛直上向きを正の向きとすると, 小球の変位はんぇーんとなる。
加速度直線運動の式 v-vo2 =2ax から,
2012=2×(-g)×(hz-hi)=2g(hi-hz)
Igra
回答
まだ回答がありません。
疑問は解決しましたか?
この質問を見ている人は
こちらの質問も見ています😉
おすすめノート
見やすい★物理基礎 公式集
402
1
【物理基礎】模試前確認ノート
369
1
【物理基礎】 力学編
343
1
【物理基礎】仕事と力学的エネルギー
316
10
物理〈公式〉
268
1
高校物理、物理基礎の公式導出【力学編】
174
0
物理Ⅱ 円運動と万有引力
158
2
物理S PARTⅠ(2)
135
0