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物理分野の用語と知識の問題

難易度 3公立高校入試の標準レベル中学理科 物理分野の用語と知識

質量 60 kg の A さんと質量 40 kg の B さんが、水平な床の上でそれぞれスケートボードに乗り、向かい合って静止している。A さんが両手で B さんの肩を押したところ、B さんは手で押し返そうとしなかったが、A さんと B さんは互いに離れる向きに動き出した。

A さんが B さんを押したときの力について述べた次の文の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

「B さんが A さんを押す力の大きさは、A さんが B さんを押す力の大きさ( a )。また、A さんが B さんを押す力と B さんが A さんを押す力は、( b )にはたらいている。」

ab
アより小さい同じ物体
イより小さい別々の物体
ウと等しい同じ物体
エと等しい別々の物体

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(2 技能)
算数中学高校大学大学院

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  1. 力の種類とはたらき
  2. 力のつり合いと作用・反作用

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

2 つの物体が互いに力をおよぼし合うときの法則(作用・反作用)を思い出そう。

ヒント 2

作用と反作用は、大きさが等しく、一直線上で向きが反対である。押した側か押された側か、質量が大きいか小さいかには関係しない。

ヒント 3

a は「と等しい」の 2 つの選択肢にしぼれる。あとは、A さんが B さんを押す力と B さんが A さんを押す力が、それぞれだれにはたらいているかを考えよう。

答えと解説

答えを見る

エ

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解説を読む

ある物体が別の物体に力を加えると、同時に、力を加えた物体も相手の物体から力を受ける。このように 2 つの物体の間で互いにおよぼし合う力の一方を作用、もう一方を反作用といい、作用と反作用は、大きさが等しく、一直線上にあり、向きが反対である(作用・反作用の法則)。

A さんが B さんを押すと、B さんが押し返そうとしなくても、A さんは B さんから同時に反対向きの力を受ける。だから A さんも B さんと反対向きに動き出す。この 2 つの力は作用と反作用の関係にあるので、質量のちがいに関係なく大きさは等しい。よって a は「と等しい」である。

また、A さんが B さんを押す力は B さんにはたらき、B さんが A さんを押す力は A さんにはたらく。作用と反作用は別々の物体にはたらく力である。よって b は「別々の物体」である。これに対して、力のつり合いの関係にある 2 力は、同じ 1 つの物体にはたらく。作用・反作用の 2 力は別々の物体にはたらくので、つり合いの関係ではない。

  • ア・イ:a が誤り。押した側の質量が大きくても、また相手が押し返そうとしなくても、作用と反作用の大きさは等しい。
  • ウ:b が誤り。同じ物体にはたらく 2 力の関係は力のつり合いであり、作用・反作用の 2 力は別々の物体にはたらく。

したがって、答えはエである。

別解

A さんが B さんを押すと、同時に B さんも A さんを押し返される。これは作用・反作用の法則で、2 つの力は大きさが等しく、向きが反対で、同じ一直線上にあり、互いに相手の物体にはたらく。B さんが手で押し返そうとしなくても、この関係は成り立つ。したがって a は「と等しい」。A さんの質量が B さんより大きくても、力の大きさは等しい(動き出したときの速さは質量の小さい B さんのほうが大きくなる)。

また、A さんが B さんを押す力は B さんにはたらき、B さんが A さんを押す力は A さんにはたらく。2 つの力は別々の物体にはたらいているので、つり合いの力(1 つの物体にはたらく 2 力)とは異なる。したがって b は「別々の物体」。

選択肢の確認:
ア:a が誤り(等しい)、b も誤り。
イ:a が誤り。
ウ:a は正しいが、b が誤り(同じ物体にはたらくのはつり合いの力)。
エ:a も b も正しい。

よってエ。

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