中3理科｜斜面上にある物体の運動｜テスト対策問題

物体に力がはたらくとどのような運動をするのか演習問題で確認しましょう。

【問題】斜面上にある物体の運動の問題

【問1】下の図は、鉄球がＡ点から斜面上を転がり、水平面上をＤ点まで運動する物体を記録したものである。これについて、次の各問いに答えなさい。ただし、空気の抵抗や斜面、水平面の摩擦は無いものとする。

（1）鉄球がＡ～Ｂ間を運動しているとき、鉄球の速さはどうなるか。

（2）鉄球がＡ～Ｂ間を運動しているとき、鉄球の速さが（1）のようになるのはなぜか。「運動の向き」と「力」という語句を使って説明しなさい。

（3）鉄球がＣ～Ｄ間を運動しているとき、鉄球の速さはどうなるか。また、このような運動を何というか。

（4）鉄球がＣ～Ｄ間を運動しているとき、鉄球の速さが（2）のようになるのはなぜか。「運動の向き」と「力」という語句を使って説明しなさい。

（5）鉄球がＣ点を運動しているとき、鉄球にはたらいている力を2つ答えなさい。

【問2】下の図のような装置で、質量が10g、20g、30gの3つの小球を、高さを変えて転がして木片に衝突させ、小球と木片が一体となって動く距離をはかった。その結果がグラフのようになった。次の各問いに答えよ。

【問1】
（1）だんだん速くなる。

斜面上にある物体は、斜面を下る方向にだんだん速くなる運動をします。このとき、斜面の角度が変わらない場合、速さの変化の仕方は一定になることに注意しましょう。

（2）運動の向きと同じ向きに力がはたらくから。

斜面上にある物体には、重力の斜面に平行な方向の分力がはたらきます。この分力と運動の向きが同じになるので、物体はだんだん速くなる運動をします。

（3）速さ：一定で変化しない。　運動：等速直線運動

摩擦がない水辺面上を運動する物体の速さは変化しません。この速さが一定の運動を等速直線運動といいます。

（4）運動の向きと同じ向きにも、運動の向きと逆向きにも力がはたらかないから。

等速直線運動を行っている物体には、運動の方向にも運動の向きと逆向きにも力がはたらいていません。はたらいていても、それと逆向きの力がはたらいていて力がつり合い打ち消し合っています。

（5）重力、垂直抗力

水平面を運動している物体には、重力と垂直抗力がはたらいています。この2力はつり合いの関係にあり、打ち消し合ってその合力は0（ゼロ）になっています。

【問2】

C
小球の持つ位置エネルギーは質量に比例して大きくなるので、小球の質量が大きければ大きいほど、木片の移動距離も大きくなる。したがって、Cが10g、Bが20g、Aが30gだとわかる。
2cm
グラフを見れば、10g（C）を6cmの高さから転がすと、木片の移動距離は15cmだとわかる。30g（A）の小球を転がして、木片を15cm動かすためには、小球を2cmの高さから転がせばよいとわかる。
高さ：比例する　　質量：比例する
位置エネルギーは高さと質量に比例します。
100cm
10g（C）の小球を4cmの高さから転がすと、木片は10cm移動しているので、50gの小球を8cmの高さから転がすと、質量が5倍、高さが2倍で、10g（C）の小球を4cmの高さから転がした場合の10倍の移動距離になります。
10cm×5×2＝100