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＞
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
（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。
- ３Nの力で物体を2m持ち上げた。
- 200gの物体を0.5m持ち上げた。
- 5㎏の物体を10cm持ち上げた。
- 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。
- 200gの物体を80cm持ち上げたときの仕事の大きさは何Jか。
- 3kgの荷物を持ったまま10m歩いた。
- 床にある6kgの荷物を30Nの力で50cmズルズルと移動させた。
- 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
- 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] - 20 Nの力で荷物を 0.5m 持ち上げたときの仕事は何Jか。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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】
- ３N×２m＝６J
- ２N×0.5m＝1.0J
- 50N×0.1m＝５J
- ５N×0.6m＝3.0J
- ２N×0.8m＝1.6J
- 0J
- 30N×0.5m＝15J
- 10J÷5秒＝2.0W
【問3】
- （1）力、（2）距離
- 10J
- 60J
- ①変わらない ②変わらない
- ①小さくなる ②大きくなる
- 等しい
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