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มัธยมต้น
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問11の答えは オ なのですが、解説を読んでもわかりません。解説には 力学的エネルギーが一定になるものを選ぶ と書かれていましたが、なぜ オ が力学的エネルギーが一定になると読み取れるのですか?どなたか教えてください!

4 物体の運動や仕事について調べるために, 次のような実験を行った。 ただし, レールの接続によ る影響、小球にはたらく摩擦力や空気抵抗,回転の影響はすべて無視でき, 木片と水平面との間に は一定の摩擦力がはたらくものとする。 実験 図1のように, 直線状のレールを用いて傾きが一定の斜面を作り, 水平面となめらかに接続 した軌道上に速度計·木片を設置した。 A点から小球を静かに離し, B点·C点での速さをそ れぞれ測定する。小球はC点を通過後, D点に置かれた木片に衝突し, 一体となって移動した のち静止する。そのときの木片の移動距離を測定する。 小球 4P 近大附高 (201 速度計 速度計 高さ 木片 傾き) B C D 移動距離 図1 B点の位置をすずらさず, A点の高さを変えて (斜面の傾きを変えて) 実験したところ, A点の高 さん (m」と B点での速さv [m/s]の関係が図2, A点の高さ h [m]と木片の移動距離ェ [m]の関係 が図3のグラフのようになった。 v[m/s), x[m)。 0.15 2 0.10 1 0.05 h[m) h[m) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 図3 図2 3
0 間11 A点の高さんを固定し, AB間に等間隔に速度計を設置してそれぞれの場所での小球の速き を測定した。速度計の水平面からの高さん' と, その高さでの速さの2乗びぴの関係系を正しく表し ているグラフはどれか。 下のア~カから1つ選び, 記号で答えよ。( ) ア レ2 イ レ2 ウ レ2 >h エ 近大附高(201 オ カ レ2 h° h'

คำตอบ

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力学的エネルギーには、運動エネルギーと位置エネルギーというものが存在しており、
外力が働かなければ、運動エネルギーと位置エネルギーの和は一定であるという法則があります。
運動エネルギーとは物体が動いているときに発生するエネルギーのことです。
例を挙げるなら、物体がvで移動している場合、運動エネルギーが働いていると言えます。
位置エネルギーとは高さに関するエネルギーです。
例を挙げるなら、物体が0の高さに存在しているときは発生しません。しかし、物体が高さhに存在している場合、発生します。
これらの和は外力が加わらない限り、一定となります。
つまり、高さが平面よりも高いところに存在している場合、運動エネルギーは小さくなり、位置エネルギーは高くなります。
一方で、高さが0や、0に近い点の場合、位置エネルギーは0になったり、小さくなるが、運動エネルギーは大きくなります。
運動エネルギーが大きくなったときは速さが増していると考えるとわかりやすいでしょう。
すると、A地点からB地点に物体が動くと、高さが低くなっていくので、位置エネルギーは小さくなり、運動エネルギーつまり速さは大きくなっていくことが分かります。
これらのことを考えると、(オ)のグラフが正しいということが分かります。
また、(カ)ではない理由ですが、条件より一定間隔ごとに計測器を置いており、等加速運動となるためです。
長々と説明してすみません。
これでわかりましたか?

あしにむかで

写真のような考え方で合ってますでしょうか?

Spriggan

グラフで説明すると、
高さが大きくなると、hの値は大きくなり、hの値は右に移動し、v^2の値は小さくなります。
一方で、高さが小さくなるとhの値は小さくなり、hの値は左に移動し、v^2の値は大きくなる。
つまり、上方向に移動します。
詳しく言うと、運動エネルギーは1/2(質量)*(速さ)^2、位置エネルギーは(質量)*(重力)*(高さ) の式で表せます。
なので、このグラフの表し方は違うと思われます。
これでわかりましたか?

あしにむかで

写真の運動エネルギーと位置エネルギーが逆ということですか…?物わかりが悪くてすみません。

Spriggan

いや、このグラフは運動エネルギーと位置エネルギーを表しているわけではないです。
運動エネルギーと位置エネルギーはグラフの概形を考えるための要素であって、
このグラフを表しているわけではありません。
説明が分かりにくくてすみません。

あしにむかで

お時間割いていただきありがとうございました。助かりました!

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