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埼玉県公立高校入試問題予想

2017.2.3

理科C

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 次のような装置をつくり,力と仕事について調べる実験をしました。問 1〜問 5に答えなさい。ただし,質量100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとし,滑車の摩擦や空気の抵抗,糸の質量は無視できるものとします。

実験1

 大きさ,形が同じ直方体の容器を3つ用意した。それぞれの容器に砂を入れて密封し,軽いものから順に,おもり,おもり,おもりとした。

 図1のように,おもりをニュートンはかりにつるし,傾かないように1.0p ずつ水に沈めながら,はかりの値を読みとった。

 測定結果は次の表のようになった。おもりの測定では,水面からおもりの底までの長さが3.0p になったところで,はかりの値が0になり,その後はニュートンはかりを下げても,おもりはそれ以上沈まなかった。

図1
水面からおもりの底までの長さX[cm] 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
ニュートンはかりの値[N] おもりA 0.18 0.12 0.06 0
おもりB 0.36 0.30 0.24 0.18 0.12 0.06 0.06 0.06
おもりC 0.75 0.69 0.63 0.57 0.51 0.45 0.45 0.45

実験2

 図2のように,糸と定滑車と動滑車を組み合わせた装置を使って,実験1のおもりを一定の速さでゆっくりと引き上げた。

図2

問1 実験1のおもりの測定で,水面からおもりの底までの長さが3.0p になったとき,おもりにはたらいている浮力は何Nか,求めなさい。

問2 実験1のおもりについて,水面からおもりの底までの長さX[p]と,このおもりにはたらく浮力との関係を表すグラフを右にかきなさい。

問3 おもりとおもり図3のようにつるし,おもりの一部分が水に沈んでいる状態で静止させました。このとき,おもりにはたらく次の3つの力ア,イ,ウを大きい順に書きなさい。ただし,おもりがどれだけ水中に沈んでいるのかはわからず,おもりはビーカーの底についていないものとします。

 ア おもりにはたらく重力

 イ 糸1がおもりを上に引く力

 ウ 糸2がおもりを下に引く力

問4 実験2で,おもりCを一定の速さで引き上げているとき,おもりCにはたらく力の説明として正しいものを,次のア〜エの中から1つ選び,その記号を書きなさい。

 ア おもりCにはたらく上向きの力は,下向きの力よりも大きい。

 イ おもりCにはたらく上向きの力は,下向きの力よりも小さい。

 ウ おもりCにはたらく上向きの力は,下向きの力と同じ大きさである。

 エ おもりCにはたらく上向きの力は,しだいに大きくなる。

問5 実験2で,おもりCをゆっくりと引き上げたあと,静止した状態でニュートンはかりの値を読みとると,0.24Nでした。動滑車部分の質量は何gか求めなさい。また,考え方や計算の過程も書きなさい。

解説

スクール21(株式会社エジュテックジャパン)

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