本日は前回のブログに引き続き、
難問であった大問８「物体の運動」
の開設をしてみようと思います。
共通テストを明日に控え、
知らず知らずのうちに気が
ピリピリしておりますが
沈めるためにも解説を冷静に
してみようと思います。
今日は、そんなお話です。
物体の運動：力学的エネルギー保存の法則！？
レールAB、BC、CDの３本を図１のように配置して小球が運動する［実験１］〜［実験３］を行った。レールBCは水平面に接しており、レールAB、BC、CDはなめらかに接続していて、小球はレール上を運動した。次の問いに答えなさい。ただし、小球は大きさ及び小球とレールとの間にはたらく摩擦力や空気による抵抗は無視できるものとする。
［実験１］
レールAB上のa点に小球を置き、静かに手を離した。その後、小球はレールCD上を上がっていき、レールの外へ飛び出した。
（１）［実験１］において、レールBC上で小球が受ける力として最も適切な図はどれか。ア〜エから１つ選べ。
レールBCは水平面上です。
よって、小球は「等速直線運動」を
行います。
つまり、進行方向に一切の力を受けず、
慣性によって加速もせず
一定の速度を保って運動をし続けます。
以上の言葉を図で示したものが、
解答の「ウ」となりますね。
引っかけ問題ではありますが、
頻出の問題ですので簡単ともいえますね。
（２）［実験１］において、小球は図２のようにレールの外へ飛び出し運動した。このような動きになる理由を示した文について、（ ① ）、（ ② ）にあてはまる適切な語を書け。
［実験１］で、a点でもっていた（ ① ）エネルギーは、BC間ではすべて（ ② ）エネルギーに変換され、その後ａ点の高さまで到達するためには、その（ ② ）エネルギーがすべて（ ① ）エネルギーに変換される必要がある。しかし、D点を飛び出した小球はまだ運動をしており、BC間でもつ（ ② ）エネルギーのすべてが（ ① ）エネルギーに変換されなかったため、ａ点と同じ高さまで到達しなかった。
非常に良い問題でした。
このレールを飛び出す物体の運動の問題は、
出題頻度もそれほど高いわけでもなく
力学的エネルギー保存の法則が
かなり深いレベルで理解できていなければ
解けない問題となっています。
幸い、
前後の誘導ワードから
解答となる語句はわかりやすくなっていますね。
a点は、小球を転がす地点ですから、
持っている力としては
「① 位置（エネルギー）」
となります。
すると自ずと導き出されるのは
「② 運動（エネルギー）」
となりますね。
さぁ、難しくなるのは
次の問題からなのです。
（３）（４）（５）力学的エネルギー保存の法則の活用問題！？
［実験２］
図３のように、レールBCを円形レールEFGに取り替え、PQ間にうすいフェルト生地を貼った。図３のレールで［実験１］と同じように小球を転がす実験を行ったところ、小球は脱線することなくレール上を運動し、Gを通過したのちDヘ到達するすることなく折り返した。このとき、小球を転がした点の水平面からの高さは50cmで、Fは円形レールの最高点である。ただし、図は装置の概形を表しており、実際の大きさを正しく表示はしていない。
（３）［実験２］において、Fでの運動エネルギーの大きさは、小球を転がした点の位置エネルギーの5分の１の大きさとなった。このとき、Fの水平面からの高さは何cmか。最も適切なものを次のア〜オから選べ。ただし、位置エネルギーの大きさは、物体の高さに比例するものとする。
ア：10cm
イ：20cm
ウ：30cm
エ：40cm
オ：50cm
50cmの高さから小球を転がしたので、
仮に転がし始めるときの位置エネルギーを5としましょう。
設問の条件を整理すると、
円形レールの最上点Fの運動エネルギーが1/5となるとあります。
よって、F点の位置エネルギーは4となります。
ということで、
答えは「エ」となりますね。
（４）［実験２］において、小球が到達したレールGD上の最高点は図４のように水平面から20cmの高さだった。PQ間で摩擦力がした仕事の大きさは、小球を転がした点でもっていた位置エネルギーの何倍か。
解説を（５）と一緒に図にしたので、
（５）の問題も示しておきます。
［実験３］
図３のレールを使い、図５のように50cmよりさらに高い位置から小球を転がした。
（５）［実験３］において、小球をAから転がしたとき、小球はDに到達することなく折り返したのち、円形のレール上のFで運動エネルギーをすべて失い脱線した。このときのAの高さは何cmか。
では、下の解説画像を掲載します。
結論、めちゃくちゃ難しかった！？
昨日と本日開設してきた
大問１と大問８ですが
非常に難しいものでした。
しかし、難しかったのは
この問題だけではありません。
それぞれの大問ごとに、
単元ごとの原理原則の
深い理解が求められるような
設問構成や質問の仕方が
たくさん散りばめられていました。
平均点は、40点を下回るのは
言い過ぎかもしれませんが
40点台前半にはなるのではないかと思います。
さてさて、
全体的な平均点はどうなるでしょうか。
楽しみです！
ちゃん♪ちゃん♫
いろんな質問にもここでお答えするよ！下のLINEからご質問どーぞ！
校
じゅくちょーの共著としての書籍第二弾、
『11人の敏腕塾長がこっそり教える 地方名門国公立大学 合格バイブル〜親子で読むと勉強にすぐ結果が出る!〜』
が発刊されました！
徳島という地方の受験生たちが、情報弱者として受験に対して後手に回らないためのお役立ち本間違いなし！
ぜひ、お近くの書店やAmazonにてご購入し、お手にとってお読みいただければ幸いです！(2022.8.20時点：勉強法のカテゴリーで現在17位！）
そして、第一弾となるKADOKAWAから出版された、
『自学力の育て方』も絶賛発売中です！
