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物理 高校生

仕事とエネルギーについての問題です。 (キ)と(ク)がなんでこの答えになるのかがわかりません。計算過程と解説をどなたかお願いします。

【7】 ( 明治大) 次の文中の空欄 ( )に適する式を所定の欄に記入せよ。 また, をそれぞれの解答群から一つ選べ。 X 図のように, あらい斜面上に質量の無視できるばねがあり, その下端 Q が固定されている。このばねは 斜面に沿って伸縮できる。 ばねははじめ自然の長さであり、このときのばねの上端 P の位置を x=0とし の小物体を静かに置く。 物体と斜面の間の静止摩擦係数をμlo, 動摩擦係数をμ',重力加速度の大きさを て斜面に沿って軸をとり, 下向きを正とする。 x=0より斜面に沿って距離も上がった地点Rに質量m とする。以下では、ばねと斜面の間の摩擦を無視してよい。また物体の大きさも無視してよい。 0 x=0 ア R に最も適するもの (I) 斜面の傾斜角6が小さいとき, 物体は静止したままであった。このとき、物体にはたらく摩擦力の大き イ さは ア である。 傾斜角をある角度より大きくしたところ、物体は斜面に沿って下降した。この 場合、斜面に沿った方向に物体が受ける力は,物体がばねに接触するまでは、 たがって、物体が斜面に沿ってLだけ下降して, ばねに接触する直前の速さVはウ で与えられる。 し である。 物体は、ばねと接した後, ばねと離れることなく運動し, ばねは最大d だけ縮んだ。 do だけ縮んだと きのばねの弾性エネルギー Ek は, ばね定数をkとするとE=(a)である。 物体が斜面に沿ってx=0か らx=d まで下降する間に重力が物体にした仕事はW= であり、摩擦力がした仕事は W2=オである。 ばねの弾性エネルギーEk, 接触する直前に物体のもっていた運動エネルギー 1 m2 の間には カ という関係式が成り立つ。 (ⅡI) 次に, 斜面の傾斜角9を0より大きいままにして, 物体をばねの上端 らだけ縮めてから静かに放す。 ここで物体が静止し続ける山の条件はキ である。 d がこの条件を 満たさず,物体が斜面を上がり始める場合を考えよう。物体はそのx座標がxになるところまで上がって いき, そこで速度がゼロになった。物体がx=dからx=xへ動いたときのばねの弾性エネルギーの変化と 重力による位置エネルギーの変化の和は、摩擦力がした仕事に等しい。。 このことを利用すればx = | であることが導かれる。 ク ばねを自然の長さか に連結し,

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数学 中学生

問3と問4の求め方を教えてくださいm(_ _)m 答えは、問3→イ、問4→28%

仕事やエネルギーに関する実験I ~実験Ⅲを行った。 下の〔問1〕 ~ 〔問7〕に答えなさい。 ただし, 質量100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとし, 実験で用いる糸やばねばかりの質量,糸の伸び, 台車と斜面の間の摩擦はないものとする。 実験Ⅰ 「仕事について調べる実験」 (i) 質量500gの台車を真上にゆっくりと一定の速さで 30cm そのまま引き上げる ① 仕事 を行った (図1)。 (ii) 質量500gの台車を, なめらかな斜面に沿って平行に60cm 引き, もとの高さから30cm の高さまでゆっくりと一定の速さで引き上げる仕事を行った (図2)。 台車 30cm ばねばかり 表1 実験結果 電流 [A] 0.2 ものさし そのときの落下時間も測定した。 (i) (ii) の操作を5回行い, 測定結果の平均値を表1 にまとめた。 図 1 そのまま引き上げる場合の仕事 実験ⅡⅠ 「エネルギーの変換について調べる実験」 (i) 床から2.0mの高さに設置された台に滑車つきモーターを固定し, 豆電球, 電流計,電 圧計を使って図3のような回路をつくり, 滑車に質量55gのおもりを糸でとりつけた。 (ii) おもりを床から2.0mの高さまで巻き上げた後, 床まで落下させて発電し、 ある程度安 定したときの電流と電圧の値を読みとった。 また, 豆電球 電圧〔V〕 1.1 落下時間 〔s〕 1.4 60cm 9 基準面 ばねばかり 台車 A 40cm 図2 斜面を使う場合の仕事 実験Ⅲ 「小球の位置エネルギーと運動エネルギーについて調べる実験」 (i) レールを用意し, 小球を転がすためのコースをつくった (図4)。 (ii) BCを高さの基準 (基準面)として, 押し出すようす 高さ40cmの点Aより数cm高いレール 上に小球を置き, 斜面を下る向きに小 球を指で押し出した。 小球はレールに 沿って点A, 点B, 点Cの順に通過し て最高点の点Dに達した。 電流計 電圧計 小球 木片 図3 実験装置 【わかったこと】 床から2.0mの高さにある質量55gのおもりの位置エネルギー1.1J のうち, X %が豆 電球を光らせる電気エネルギーに変換されたと考えられる。このことから, おもりの位置 エネルギーがすべて電気エネルギーに変換されないことがわかった。 30cm B C 図4 小球が運動するコース 滑車つき モーター 糸 おもり 落下の向き レールー YD 60cm

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