大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和4年度（2022年度）本試験
問2 (物理基礎（第1問） 問2)

この問題は、物体に力が加わった際の慣性の法則、運動の法則についての理解が問われています。

慣性の法則（ニュートンの第一法則）・・外部から力を受けないか、あるいは外部から受ける力がつりあっている場合には，静止している物体はいつまでも静止を続け、運動している物体は等速直線運動を続ける。

運動の法則（ニュートンの第二法則）・・物体にいくつかの力がはたらくとき、物体にはそれらの合力の向きに加速度aが生じる。その加速度の大きさaは、合力の大きさFに比例し、物体の質量mに反比例する。

a=kF/m (kは比例定数）

鉛直上向きを正とします

区間1は、正の向きに糸から受ける力F＝mgが加わり、負の向きに重力mgが加わります。よって、おもりが受ける力の合力は０となり慣性の法則によりｔ＝０で静止していたため、静止しています。

区間２は、正の向きに糸から受ける力F（mgより大きい）が加わり、負の向きに重力mgが加わります。よって、おもりが受ける力の合力は,一定の力F-mgが正の向きに加わります。一定の力が加わるとき、運動法則から、加速度も一定であるため、一定の加速度で速さが増加しながら鉛直方向に上昇しています。

区間３は、正の向きに糸から受ける力F＝mgが加わり、負の向きに重力mgが加わります。よって、おもりが受ける力の合力は０となり、t=t２で物体は運動しているので、慣性の法則により一定の速さで鉛直方向に上昇しています（等速直線運動をしています）。

よって、正解となる組み合わせは区間１：a,区間２：c,区間３：bとなります。

解答　順に　a→c→b　(静止→等加速度で上昇→等速で上昇)

解説

慣性の法則および運動方程式の理解度を問う問題です。

鉛直上向きを正とします。

与えられたグラフより、おもりが受ける力の合力(F-mgで計算できる)は

区間1: 0　区間2: 正の向きで大きさは一定の力　区間3: 0

とわかります。

これと運動方程式から、おもりの加速度は、

区間1: 0　区間2: 正の向きで大きさは一定の加速度　区間3: 0

とわかります。

したがって速度は、はじめ静止していたことも加味して、

区間1: 静止　区間2: 一定の加速度で上昇　区間3: 等速で上昇

となり、よって答えは　順に　a→c→b　となります。