【定期テスト対策問題】仕事の原理の問題です。
【問題】仕事の原理の問題
斜面や滑車、てこなどの道具を使ったときの仕事について調べるため、次の【実験1】~【実験3】を行った。これについて、あとの問いに答えよ。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとする。また、おもりと斜面との摩擦、動滑車と糸との摩擦、および物体以外のものの重さは考えないものとする。
(1)【実験1】から、この実験に使った物体の質量は何kgだとわかるか。計算により求めよ。
(2)【実験2】で、物体をばねばかりで引き上げるとき、斜面に沿って何cm引き上げたとわかるか。計算により求めよ。
(3)次の文は、【実験1】と【実験2】から分かることをまとめたものである。文の内容が正しくなるように、{ }の中からそれぞれ適当なものを選び、記号で答えよ。
(4)【実験4】で、物体を50cmの高さまで上げるために、てこを手で何cm押し下げればよいか。また、このとき手がした仕事の仕事率は何Wか計算せよ。
【解答・解説】仕事の原理の解答
(1)1.6㎏
動滑車を1つ使っているので、ばねはかりで引く力の大きさは、物体の重さの半分になっています。したがって、物体の重さは、
8.0N×2=16N
1Nは100gなので、
16N=1600g=1.6㎏
となります。
(2)100cm
実験1と同じ物体を使っているので、そのまま真上に持ち上げたときの仕事は、
1.6㎏=1600g=16N
50cm=0.5m
16N÷0.5m=8.0J
真上に持ち上げたときの仕事の大きさも、斜面を使って持ち上げたときの仕事の大きさも同じになる(仕事の原理)ので、
8.0N×x[m]=8.0J
したがって、斜面を1.0m引っ張ることになります。
(3)①イ ②ア
滑車や斜面、てこなどの道具を使った場合、道具を使わずに物体を直接持ち上げる場合と比べて、物体を引き上げる力の大きさは小さくなりますが、引っ張る距離は大きくなるので、結果として仕事の大きさは変わりません。これを仕事の原理といいます。
(4)100cm、0.8W
てこのうでの長さと、物体が弧を描いて動く距離の比は一緒になります。
うでの長さの比は、
40cm:80cm=1:2
なので、動く距離の比も1:2になります。
1:2=50:x
x=100cm
また、物体がてこから受けた仕事の大きさは、
16N×0.5m=8.0J
手がした仕事も8.0Jになります。かかった時間は10秒なので、仕事率は、
8.0J÷10秒=0.8W
になります。
コメント