高校物理「力学」2023年共通テスト第２問より�@

高校物理「力学」2023年共通テスト第２問より�@

◆問題

第２問　空気中での落下運動に関する探求について、次の問いに答えよ。

問１　次の発言の内容が正しくなるように、空欄[ア]〜[ウ]にそれぞれ適語を入れよ。

先生：物体が空気中を運動すると、物体は運動の向きと[ア]の抵抗力を空気から受けます。初速度０で物体を落下させると、はじめのうち抵抗力の大きさは[イ]し、加速度の大きさは[ウ]します。やがて、物体にはたらく抵抗力と重力がつり合うと、物体は一定の速度で落下するようになります。このときの速度を終端速度と呼びます。

ア・・・(同じ向き／逆向き)
イ・・・(増加／減少)
ウ・・・(増加／減少)


もとの問題では、ア、イ、ウに入る語の組み合わせを選択肢から選ぶ設問でしたが、ここではそれぞれの２択に変更しました。

解答はこのページ下に掲載します。


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◆解答

先生：物体が空気中を運動すると、物体は運動の向きと[ア]の抵抗力を空気から受けます。初速度０で物体を落下させると、はじめのうち抵抗力の大きさは[イ]し、加速度の大きさは[ウ]します。やがて、物体にはたらく抵抗力と重力がつり合うと、物体は一定の速度で落下するようになります。このときの速度を終端速度と呼びます。

ア・・・(同じ向き／逆向き)
イ・・・(増加／減少)
ウ・・・(増加／減少)


物体が落下していくと、だんだん速さが速くなる。
速くなれば空気の抵抗が大きくなる。つまり、進行を妨げる方向の力を受ける。

これらのことは、高校生なら今までの経験からわかっていると思います。
物理の勉強として知識を暗記していなくても、自分の経験からイメージして答えていきましょう！

[ア]
物体が動くと、その動きを邪魔する力を受けるので、「逆向き」が正解です。

[イ]
速くなれば速くなるほど、空気抵抗も大きくなるので、「増加」が正解です。

[ウ]
空気の抵抗を受けることにより、進行方向と逆向きの力を受け、その力は速くなるほど大きくなります。
重力は常に鉛直下向きで一定と考えられるので、速さが速くなるほど物体にはたらく力の合力は小さくなっていきます。
力が小さくなれば加速度も小さくなる。つまり、「減少」が正解です。

[ウ]に関しては、その後に終端速度についての言及もあり、そこからも、加速度が小さくなっていくことがわかると思います。


次の問題→アルミカップを落下させるとき


◆関連項目
等加速度運動、力〜エネルギー、力のモーメントなど


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