共通テスト(理科) 過去問
令和7年度(2025年度)追・再試験
問3 (物理基礎(第1問) 問3)

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問題

共通テスト(理科)試験 令和7年度(2025年度)追・再試験 問3(物理基礎(第1問) 問3) (訂正依頼・報告はこちら)

高さ0の地点から鉛直上向きに物体を投げ上げたとき、物体の運動エネルギーを縦軸、重力による位置エネルギーを横軸にとったグラフとして最も適当なものは、( A )である。
また、物体が投げ上げられてから最高点に到達するまでの間の、物体の運動エネルギーを縦軸、時間を横軸にとったグラフとして最も適当なものは、( B )である。
高さ0のときの位置エネルギーを0とし、空気抵抗は無視できるものとする。

( A )にあてはまるグラフを次のうちから一つ選べ。
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この過去問の解説 (2件)

01

正答は「右肩下がり、直線のグラフ」です。

 

文末に「高さ0のときの位置エネルギーを0とし、空気抵抗は無視できるものとする。」とあるため、運動エネルギーと位置エネルギーとの間でエネルギー保存の法則が成り立ちます。

 

そのため、直線上に2点(x1,y1)(x2,y2)を無作為に取ったとき、常に下記の等式
x1+y1=x2+y2

が成り立つようなグラフと、x軸とy軸とで二等辺三角形ができるような直線のグラフを選びましょう。

選択肢1. 解答選択肢の画像

この選択肢が適当です。

まとめ

基本的には、エネルギー保存の法則から、
運動エネルギーをK、位置エネルギーをVと表したとき、総エネルギー量Eについて下記が成り立ち、
E=K+V


これは下記
K=-V+E
のように表せることから、傾きが-1となり(0,E)を通る直線のグラフを選ぶ、というのが模範的な解答です。

 

 

本解説では、K=-V+Eのグラフを選んだとき何が起こっているのか、つまり
エネルギー保存の法則をグラフで表した際に現れる特徴は何か
から逆算して回答する方法を示しています。

 

無作為に選んだグラフ上の2点について、常にx1+y1=x2+y2が成り立つことは、エネルギー保存の法則が成り立っていることを示しています。

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02

解答 右肩下がりの直線のグラフ

 

解説

Aに当てはまるグラフを選ぶ問題です。

 

物体の運動エネルギーをK、

重力による位置エネルギーをV、

全力学的エネルギーをEとします。

 

力学的エネルギー保存則より、

K+V=E (一定)

となります。変形して

K=−V+E

よって横軸をV、縦軸をKとしたグラフは、

右肩下がりの直線のグラフ

となります。

選択肢1. 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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