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75 (物理(第2問) 問4)

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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75(物理(第2問) 問4) (訂正依頼・報告はこちら)

物体の運動に関する探究の過程について、後の問いに答えよ。

Aさんの仮説「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、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」には、実験(前問へのリンク)で確かめた誤り以外にも、見落としている点がある。物体の速さを考えるときには、その時刻に物体が受けている力だけでなく、それまでに物体がどのように力を受けてきたかについても考えなければならない。
速さの代わりに質量と速度で決まる運動量を用いると、物体が受けてきた力による力積を使って、物体の運動状態の変化を議論することができる。

次の文章中の空欄(  )に入れるグラフとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。

図2を運動量と時刻のグラフに描き直したときの概形は、
物体の運動量の変化=その間に物体が受けた力積
という関係を使うことで、計算しなくても(   )のようになると予想できる。

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この過去問の解説 (1件)

01

解答 「傾きが同じ」と書かれたグラフ

 

解説

図2を運動量と時刻のグラフに描き直したときの概形を、
物体の運動量の変化=その間に物体が受けた力積 …(※)

の関係から予想する問題です。

 

・時刻tにおける運動量をp(t)

・時刻t=0以降に物体が受ける一定の力をF

とすると、(※)より、

 

p(t) - p(0) = Ft

変形して

p(t) = Ft + p(0)

となります。

これは傾きF,切片p(0)の直線となります。

 

実験2では

Fはア・イ・ウによらず同じ大きさの一定の力であり、

p(0)の値はア・イ・ウで異なります。

これに適するグラフが正解となります。

 

補足

解答の判断には使いませんが、

・質量の大小関係が問題文よりア>イ>ウ

・t=0における速さの大小関係が図2よりア>イ>ウ

となっていることから、t=0のp(0)の値の大小関係すなわち

切片の大小関係はア>イ>ウとなることがわかります。

選択肢4. 解答選択肢の画像

この選択肢が正解となります。

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