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)
問題文
図2のように、質量mのおもりに糸を付けて手でつるした。時刻t＝0でおもりは静止していた。おもりが糸から受ける力をFとする。鉛直上向きを正として、Fが図3のように時間変化したとき、おもりはどのような運動をするか。0＜t＜t1の区間1，t1＜t＜t2の区間2，t2＜tの区間3の各区間において、運動のようすを表した次の文の組合せとして最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、重力加速度の大きさをgとし、空気抵抗は無視できるものとする。
a 静止している。
b 一定の速さで鉛直方向に上昇している。
c 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る。
d 一定の加速度で速さが減少しながら鉛直方向に上昇している。
a 静止している。
b 一定の速さで鉛直方向に上昇している。
c 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る。
d 一定の加速度で速さが減少しながら鉛直方向に上昇している。
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問題
大学入学共通テスト（理科）試験 令和4年度（2022年度）本試験 問2（物理基礎（第1問） 問2） （訂正依頼・報告はこちら）
図2のように、質量mのおもりに糸を付けて手でつるした。時刻t＝0でおもりは静止していた。おもりが糸から受ける力をFとする。鉛直上向きを正として、Fが図3のように時間変化したとき、おもりはどのような運動をするか。0＜t＜t1の区間1，t1＜t＜t2の区間2，t2＜tの区間3の各区間において、運動のようすを表した次の文の組合せとして最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、重力加速度の大きさをgとし、空気抵抗は無視できるものとする。
a 静止している。
b 一定の速さで鉛直方向に上昇している。
c 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る。
d 一定の加速度で速さが減少しながら鉛直方向に上昇している。
a 静止している。
b 一定の速さで鉛直方向に上昇している。
c 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る。
d 一定の加速度で速さが減少しながら鉛直方向に上昇している。
- 区間1：a 区間2：b 区間3：a
- 区間1：a 区間2：b 区間3：d
- 区間1：a 区間2：c 区間3：a
- 区間1：a 区間2：c 区間3：b
- 区間1：b 区間2：c 区間3：a
- 区間1：b 区間2：c 区間3：b
- 区間1：b 区間2：c 区間3：d
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この過去問の解説 （1件）
01
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。
引っかかった人が多そうな誤答選択肢です。(静止→等速で上昇→静止)
この選択肢を選んでしまった人は、
「力が釣り合っている/いない」を「止まる/動く」に対応づけて
考えてしまっており、それは間違いです。
慣性の法則を復習しましょう。
引っかかった人が多そうな誤答選択肢です。(静止→等加速度で上昇→静止)
この選択肢を選んでしまった人は、
「力が釣り合っていると止まる」という勘違いをしています。
慣性の法則を復習しましょう。
この選択肢が正解となります。(静止→等加速度で上昇→等速で上昇)
イメージが湧きづらい人は、
静止しているカーリングの石を滑らせて手を離すまでの挙動に差し替えて
想像してみると良いでしょう。
力は運動の様子を変える原因となる概念です。
慣性の法則より、
「力がゼロ」⇔「加速度がゼロ」⇔「速度が一定(等速直線運動)」
であり、「力ゼロ」と「静止」を頭の中で結びつけてしまわないように注意しましょう。
静止状態の維持はあくまで等速直線運動の一種です。
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