共通テスト物理2022年度／第２問（物体の運動）解説その１

2022.4.1

共通テスト物理2022年度／第１問（小問集）解説その２からの続き

第２問　（物体の運動）　解説

　Aさんは、買い物でショッピングカートを押したり引いたりしたときの経験から、「物体の速さは物体にはたらく力と物体の質量のみによって決まり、_(a)ある時刻の物体の速さｖは、その時刻に物体が受けている力の大きさFに比例し、物体の質量ｍに反比例する」という仮設を立てた。Aさんの仮設を聞いたBさんは、この仮設は誤った思い込みだと思ったが、科学的に反論するためには実験を行って確かめることが必要であると考えた。

問１　下線部（ａ）の内容をｖ，F、ｍの関係として表したグラフとして最も適当なものを、次の①〜④のうちから一つ選べ

引用元:　2022年度共通テスト物理　第２問　問１

まず①②のｖ−Fグラフを見ると、ｖとFは比例関係にあるので、②は適さない。
またｖとmは反比例しているので、mが大きい方がｖは小さくなるので①も適さない。

次に③④のｖ−mグラフを見ると、ｖとmは比例関係にあるので、③は適さない。
④はｖとmは反比例していて、かつｖとFは比例しているためFが大きい方がｖは大きくなるので、④は適する。

Bさんは、水平な実験机上をなめらかに動く力学台車と、ばねばかり、おもり、記録タイマー、記録テープからなる図１のような装置を準備した。そして、物体に一定の力を加えた際の、力の大きさや質量と物体の速さの関係を調べるために、次の２通りの実験を考えた。

【実験１】いろいろな大きさのちからで力学台車を引く測定を繰り返し行い、力の大きさと速さの関係を調べる実験。
【実験２】いろいろな質量のおもりを用いる測定を繰り返し行い、物体の質量と速さの関係を調べる実験

問２　【実験１】を行うときに必要な条件について説明した次の文章中の空欄（８）（９）に入れる語句として最も適切なものを、それぞれの直後の｛　｝で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。

引用元:　2022年度共通テスト物理　第２問　問２

ばねばかりの目盛りは、ばねばかりが力学台車を引く力を表している。台車を一定の力で引くためには目盛りを常に一定にすれば良いので（８）の答は①

また【実験１】では台車を引く力と速さの関係のみを調べるので、質量は同じにしなければならない。
加速度a=F/mより、質量ｍを実験ごとに変えると、加速度→速度と力の関係を調べることはできない。
（質量と速さの関係を調べるのは【実験２】）よって（９）の答は②

【実験２】として、力学台車とおもりの質量の合計が
ア：３．１８ｋｇ　イ：１．５４ｋｇ　ウ：１．０１ｋｇ

の３通りの場合を考え、各測定とも台車を同じ大きさの一定の力で引くことにした。
この実験で得られた記録テープから、台車の速さｖと時刻ｔの関係を表す図２のグラフを描いた。ただし、台車を引く力が一定となった時刻をグラフのｔ＝０としている。

問３　図２の実験結果からAさんの仮説が誤りであると判断する根拠として、最も適切なものを、次の①〜④のうちから一つずつ選べ。（１０）

①質量が大きいほど速さが大きくなっている。
②質量が２倍になると、速さは１／４倍になっている。
③質量による運動への影響は見いだせない。
④ある質量の物体に一定の力を加えても、速さは一定にならない。

引用元:　2022年度共通テスト物理　第２問　問３