等速直線運動・慣性・慣性の法則の用語を答えられ、記録タイマーのテープの区間の長さの変化から、運動の向きに力がはたらいているか（速さが増える・減る・一定）を判定し、力がはたらかないときやつり合っているときの物体の運動を説明する正しい文を選べる
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物体にはたらく力と、物体の運動（速さや向きの変わり方）の関係を読み取れるようにする技能です。等速直線運動・慣性・慣性の法則という用語を答えられるようにし、記録タイマーのテープで区間の長さがどう変わっているかから、運動の向きに力がはたらいているかどうかを判定します。また、力がはたらかないときや力がつり合っているときに物体がどう動くかを説明する正しい文を選べるようにします。
一直線上を一定の速さで進む運動を等速直線運動といいます。記録タイマーは一定の時間ごとにテープに打点するので、同じ打点数ごとに区切った区間の長さは、その時間に進んだ距離、つまり速さを表します。区間の長さが一定なら速さは一定、だんだん長くなれば速さが増え、だんだん短くなれば速さが減っています。
斜面を下る台車のように運動の向きに力がはたらき続けると、速さはだんだん増えます。反対に、摩擦力のように運動と反対向きの力がはたらき続けると、速さはだんだん減ります。では、力がはたらかないとき、または物体にはたらく力がつり合っていて合わせると と同じになるときはどうでしょう。速さを変えるはたらきをする力がないので、止まっている物体は止まったまま、動いている物体はそのままの速さと向きで動き続け、等速直線運動をします。
物体がそれまでの運動の状態（静止または等速直線運動）を続けようとする性質を慣性といい、「物体に力がはたらかないか、はたらく力がつり合っているとき、静止している物体は静止し続け、運動している物体は等速直線運動を続ける」というきまりを慣性の法則といいます。電車が急に動き出すと乗客が後ろに倒れそうになるのは、体がその場に止まり続けようとするためで、急に止まると前に倒れそうになるのは、体が動き続けようとするためです。
問題文が用語（等速直線運動・慣性・慣性の法則）を聞いているのか、運動のようすを聞いているのかを見分ける
記録タイマーのテープでは、同じ打点数ごとの区間の長さを順に比べる（長さ一定 速さ一定、長くなる 速さが増える、短くなる 速さが減る）
速さが増えていれば運動の向きに力がはたらき、減っていれば運動と反対向きに力がはたらき、一定なら運動の向きに力ははたらいていない（またはつり合っている）と判断する
力がはたらかないか、つり合っているときは、慣性の法則から「静止はそのまま静止、運動していれば等速直線運動」と当てはめる
選択肢の文を一つずつ、上の事実と照らして正誤を判断し、答える
水平でなめらかな面の上で台車を手で押し、手をはなしたあとの運動を記録タイマーでテープに記録した。テープを 5 打点ごとに区切ると、手をはなしたあとの区間の長さはどれも 4.0 cm で等しかった。手をはなしたあとの台車の運動のように、一直線上を一定の速さで進む運動を何というか。
手順 1：運動のようすを表す用語を聞いている。
手順 2：同じ打点数ごとの区間の長さがどれも cm で一定なので、同じ時間に進む距離が変わらず、速さは一定である。
手順 3・4：運動の向きに力がはたらいておらず（なめらかな水平面なので、重力と垂直抗力はつり合っている）、慣性の法則により台車は一定の速さで一直線上を進み続ける。
手順 5：このような運動を「等速直線運動」という。
答え: 等速直線運動
動き続けている物体には、運動の向きに力がはたらき続けているとしてしまう誤り。正しくは、力がはたらかないか、つり合っていれば、物体は等速直線運動を続ける（区間の長さ一定 運動の向きの力なし）。
力がつり合っている物体は必ず静止しているとしてしまう誤り。正しくは、力がつり合っているとき、静止している物体は静止し続け、動いている物体は等速直線運動を続ける。
テープの区間が短くなっていくのは、運動の向きの力が小さくなっているからとしてしまう誤り。正しくは、区間の長さが減る（例：）のは、運動と反対向きに力がはたらいて速さが減っているからである。
慣性は、運動している物体だけがもつ性質としてしまう誤り。正しくは、静止している物体も静止し続けようとする慣性をもち、すべての物体が慣性をもつ。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
水平でなめらかな机の上に台車を置き、台車に記録タイマーに通した紙テープをつけた。台車を手で運動の向きに押し続け、途中で手をはなしたところ、台車はそのまま机の上を一直線に進んだ。紙テープを 0.1 秒ごとの打点の間隔で区切り、区間 1 から順に、それぞれの区間の長さを調べると、次の表のようになった。ただし、台車と机の間の摩擦や空気の抵抗は無視できるものとする。
| 区間 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 区間の長さ〔cm〕 | 2.0 | 4.0 | 6.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 |
区間 4〜6 で台車が運動しているときのようすについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
空のコップの口の上に厚紙のカードを水平にのせ、カードの中央、コップの口の真上に硬貨を 1 枚のせた。次の操作 1、操作 2 を行い、硬貨のようすを観察した。
| 操作 | 方法 | 結果 |
|---|---|---|
| 1 | カードの端を指で水平にすばやくはじいた | カードだけが横に飛んでいき、硬貨はほぼ真下に落ちてコップの中に入った |
| 2 | カードの端をつまみ、水平にゆっくりと引いた | 硬貨はカードといっしょに横に動き、コップの中には入らなかった |
操作 1 で、硬貨がカードといっしょに飛んでいかず、コップの中に落ちた理由として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
まっすぐで水平な線路の上を走る電車の天井から、つり革がつり下がっている。次の文は、電車の運動とつり革や乗客のようすについて述べたものである。
電車が駅を出発して、進行方向に一直線に進みながら速さがしだいに大きくなっている間、つり革は電車の進行方向に対して a に傾いていた。その後、電車が一定の速さで一直線に走るようになると、つり革は鉛直に下がった。このように電車が一定の速さで一直線に走っている間、電車の床に立ってじっとしている乗客にはたらく力の合力は、b。
文中の a、b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 前方 | 0 である |
| イ | 前方 | 進行方向の向きである |
| ウ | 後方 | 0 である |
| エ | 後方 | 進行方向の向きである |