中3理科「力と運動」物体にはたらく力は超頻出!

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中学3年生で学習する「力と運動」。中でも高校受験理科や、学校の定期テストでよく聞かれることが、物体にはたらく力に関することです。作図問題や選択問題、そして記述問題までありとあらゆるパターンで聞いてきます。

静止している物体にはたらく力

物体に力がはたらいていても動かない、つまり静止している場合、物体にはたらく力がつり合っていると表現します。物体にはたらく2力がつり合うためには次の条件を満たす必要があります。

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2力つり合いの条件

  • 2力の向きは反対
  • 2力の大きさは等しい
  • 2力は一直線上ではたらく

上記の3つの条件を満たせば、物体は静止して動かなくなります。

2力つり合いの作図

物体に2力がはたらき、物体が静止しているときにはたらいている力の作図はよく出題されます。次の4つのパターンがよく出題されています。

  1. 重力と垂直抗力
  2. 重力と弾性力
  3. 重力と浮力
  4. 押す力と摩擦力

作図をする際には、作用点の位置、つまり矢印を書き出す位置が非常に重要になります。重力は物体全体にはたらきますので、物体の中心に作用点を取ってください。その他の力は、物体が接している点からかき出すようにしましょう。

2力のつり合い

運動している物体にはたらく力

運動している物体に力がはたらくと、物体は力の向きにだんだん速くなる運動を行います。運動している物体に力がはたらいていても、力がつり合っている場合は速さが一定の運動をします。この速さが一定の運動を等速直線運動といいます。

運動の向きと力の向き

物体の速さがどのように変化するのかを考える場合、物体の運動の向きと力の向きがどうなのかを見ると答えがわかります。

  1. 物体の運動の向きと同じ向きに力がはたらくとき
    物体はだんだん速くなる運動をします。
  2. 物体の運動の向きに力がはたらかないとき
    物体の速さは一定になります。(等速直線運動)
  3. 物体の運動の向きと逆向きに力がはたらくとき
    物体はだんだん遅くなる運動をします。

運動と力

斜面上を運動する物体にはたらく力

斜面上にある物体にも重力がはたらきます。この場合、重力を斜面に垂直な方向と、斜面に平行な方向に分解してみる物体にはたらく力がわかりやすくなります。

斜面上の台車

斜面を下っているときは、運動の向きと重力の斜面に平行な分力が同じ向きになるので、物体はだんだん速くなる運動をします。逆に斜面を登っているときは、運動の方向と重力の斜面に平行な分力が反対になるので、物体はだんだん遅くなる運動をします。
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斜面に平行な分力

ここで、入試や定期テストに必ず出題されると言っていいのが、斜面を下っている台車にはたらく、斜面に平行な分力の大きさです。

台車は斜面を下っているのでだんだんと速くなりますが、斜面に平行な分力の大きさは、斜面の傾きが変わっていないので変わらないことに注意が必要です。

物体にはたらく力練習問題

(1)物体に力がはたらいていても物体が静止している場合、物体にはたらいている力はどうなっていると言えるか。
(2)物体にはたらく2力がつり合うための条件を3つ答えよ。
(3)床の上に物体があり静止しているとき、重力とつり合っている力は何か。
(4)物体が水面に浮かんで静止しているとき、物体にはたらく重力とつり合っている力は何か。
(5)床の上にある物体に力を加えて動かそうとするとき、動く向きと逆向きにはたらき、物体の運動をさまたげようとする力を何というか。
(6)物体の運動の向きと同じ向きに力がはたらくと、物体の速さはどうなるか。
(7)物体の運動の向きと同じ向きにも、逆向きにも力がはたらかないとき、物体の速さはどうなるか。
(8)(4)の運動を特に何というか。
(9)斜面を下る台車の速さは次第にどうなるか。
(10)斜面を下る台車の運動の向きと同じ向きにはたらく力の大きさについて正しいものを選べ。
ア:だんだん大きくなる
イ:だんだん小さくなる
ウ:一定で変わらない
エ:はたらいていない

解答

(1)つり合っている
(2)2力の大きさが等しい。2力の向きが反対。2力は一直線上ではたらく。
(3)垂直抗力
(4)浮力
(5)摩擦力
(6)速くなる(大きくなる)
(7)一定で変化しない
(8)等速直線運動
(9)速くなる(大きくなる)
(10)ウ

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