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中3理科「滑車を使った仕事の練習問題」

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滑車を使った仕事の練習問題

【問1】モーターが行う仕事について調べる実験を行った。下の文章は、その実験の手順です。ただし、質量100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとし、ばね、滑車、糸の質量および滑車の摩擦や糸ののびは考えないものとします。

<手順>

  1. ばねに質量100gのおもりをつるひたところ、ばねは2cmのびた。
  2. 図1のように、物体Aにばねと糸をとりつけ、糸を定滑車に通して床に固定したモーターに結びつけた。
  3. 2のあと、モーターに接続している電源装置のスイッチを入れ、糸がピンと張ったときから80秒間、糸を一定の速さで巻き取った。図2は、その時間とばねののびの関係を、グラフに表したものです。
  4. 新たに、動滑車を準備し、図3のような装置を組み立て、3のときと同じ速さでモーターに糸を巻き取らせました。

定滑車・動滑車

(1)次の文の(   )のうち、適切な方を選び答えよ。

物体Aがもつ力学的エネルギーの大きさは、図2で0秒から60秒までの間は、( 増加している / 変化していない )。また、60秒から80秒までの間は、( 増加している / 変化していない )。

(2)実験で使用した物体Aの質量を求めよ。

(3)手順3で、モーターは物体Aに対して、70秒間で何Jの仕事を行ったか求めよ。

【問2】次の場合の仕事の大きさは何Jか。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとする。

  1. 3Nの力で物体を2m持ち上げた。
  2. 200gの物体を0.5m持ち上げた。
  3. 5㎏の物体を10cm持ち上げた。
  4. 床にある2kgの物体を摩擦に逆らってズルズルと60cm移動させた。このとき、ばねばかりは5Nを示していた。
  5. 200gの物体を80cm持ち上げたときの仕事の大きさは何Jか。
  6. 3kgの荷物を持ったまま10m歩いた。
  7. 床にある6kgの荷物を30Nの力で50cmズルズルと移動させた。
  8. 2kgの荷物を50cm持ち上げるのに5秒かかった。このときの仕事率は何Wか。

【問3】次の問いに答えなさい

  1. 次の(1),(2)にあてはまる言葉を答えなさい。
    仕事 [J] = 物体に加えた( 1 ) [N]×力の向きに移動させた( 2 ) [m]
  2. 20 Nの力で荷物を 0.5m 持ち上げたときの仕事は何Jか。
  3. 水平面である物体を3mおしたとき, 20Nの摩擦力がはたらいた。このときの仕事は何Jか。
  4. 定滑車を使って荷物を持ち上げるとき,これを利用しない場合と比べて、①加える力の大きさ、②ひもを引く距離はそれぞれどうなるか。
  5. 動滑車を使って荷物を持ち上げるとき,これを利用しない場合と比べて、①加える力の大きさ、②ひもを引く距離はそれぞれどうなるか。
  6. 摩擦や道具の質量を考えない場合、動滑車を利用すると、これを利用しない場合と比べて、仕事の大きさはどうなるか。

滑車を使った仕事の練習問題

【問1】
(1)変化していない / 増加している
(2)0.6kg (100×12/2=60g=0.6kg)
(3)0.12J

(3)の解説 図2より、最初の60秒間でばねを12cmのばしているので、モーターは1秒間につき12÷60=0.2cmずつ糸を巻きとっています。したがって、物体Mが床を離れた60秒後から7秒後までの10秒間に、物体Mは10×0.2=2cmだけ引き上げられています。物体Aにはたらく重力が600÷100=6Nで、モーターが物体Mに対して、6×0.02=0.12Jの仕事を行ったことになります。

【問2】

  1. 3N×2m=6J
  2. 2N×0.5m=1.0J
  3. 50N×0.1m=5J
  4. 5N×0.6m=3.0J
  5. 2N×0.8m=1.6J
  6. 0J
  7. 30N×0.5m=15J
  8. 10J÷5秒=2.0W

【問3】

  1. (1)力、(2)距離
  2. 10J
  3. 60J
  4. ①変わらない ②変わらない
  5. ①小さくなる ②大きくなる
  6. 等しい

確認中3理科「仕事の学習ポイント」

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