⑶ 小物体が点G を鉛直上向きに飛び出した後に到達する高さに関する文として正しい…
問1 ～問4 に答えよ。 問1 図のように，摩擦のないレールがある。レールの最下点からの高さh の点S から，初速 度0 で小物体をすべらせたところ，小物体は点G で鉛直上向きに飛び出した。⑴～⑶に答 えよ。ただし，小物体にはたらく空気抵抗は無視できるものとする。 小物体 S 高さh 最下点 G 問1 ，問2 に答えよ。
⑶ 小物体が点G を鉛直上向きに飛び出した後に到達する高さに関する文として正しいもの はどれか。次の1 ～4 のうちから一つ選べ。
- 1 最下点からの高さh より低いところまでしか上昇しない。摩擦も空気抵抗もないので、hより低い高さで止まることはありません。
- 2 最下点からの高さh まで上昇する。力学的エネルギーが保存するので、出発点と同じ高さhまで上がります。
- 3 最下点からの高さh を超えるところまで上昇する。エネルギーが増えることはないので、hを超えることはありません。
- 4 小物体の質量によって到達する高さが異なる。エネルギー保存の式で質量は消えるため、高さは質量によりません。
解説
正解は2です。摩擦も空気抵抗もないので力学的エネルギーは保存され、速さが0になる高さは出発した高さと同じになります。小物体は最下点からの高さhの点Sから初速度0ですべり出したので、点Gを飛び出した後も最下点からの高さhまで上昇します。エネルギー保存の式では質量が両辺で消えるため、4のように質量によって到達する高さが変わることはありません。
出典：文部科学省ホームページ（https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00007.htm）を加工して作成