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物理

理科二科目で120分、180点。

注意事項   解答に到るまでの過程も記せ。

1   

水平な床からの高さ2000problemPhysics001.png(189 byte)の所に 質量2000problemPhysics002.png(203 byte)の小球 2000problemPhysics003.png(197 byte)がある。小球 2000problemPhysics003.png(197 byte)の上方、床より 2000problemPhysics004.png(170 byte)の所に質量 2000problemPhysics002.png(203 byte)の小球 2000problemPhysics005.png(209 byte)がある(図 2000problemPhysics016.png(123 byte))。 2000problemPhysics012.png(172 byte)つの小球 2000problemPhysics003.png(197 byte), 2000problemPhysics005.png(209 byte)が同時に自由落下運動を 始める。小球2000problemPhysics003.png(197 byte)は床に衝突して 真上に跳ね返り、速度が2000problemPhysics006.png(191 byte)に なった時、上から落ちてきた小球2000problemPhysics005.png(209 byte) に衝突した。

小球2000problemPhysics003.png(197 byte)と床とのはねかえり係数を 2000problemPhysics007.png(159 byte),小球 2000problemPhysics003.png(197 byte)と小球 2000problemPhysics005.png(209 byte)の衝突は弾性衝突、 重力加速度は2000problemPhysics008.png(188 byte)として次の問に答えよ。

2000problemPhysics020.jpg(128789 byte)

問1   小球2000problemPhysics003.png(197 byte), 2000problemPhysics005.png(209 byte)が最初に衝突する場所の床からの高さ 2000problemPhysics009.png(211 byte)を求めよ。

問2   小球2000problemPhysics003.png(197 byte), 2000problemPhysics005.png(209 byte)が自由落下運動を始めてから 最初に衝突するまでの時間2000problemPhysics010.png(190 byte)を求めよ。 衝突直前の小球2000problemPhysics005.png(209 byte)の速さ 2000problemPhysics011.png(228 byte)を求めよ。

   衝突直前の小球2000problemPhysics005.png(209 byte)の速さ 2000problemPhysics011.png(228 byte)を求めよ。

問3   小球2000problemPhysics005.png(209 byte) が初めにあった位置2000problemPhysics004.png(170 byte)2000problemPhysics001.png(189 byte)の何倍か。

問4   小球2000problemPhysics003.png(197 byte)が自由落下 運動を始めてから、2000problemPhysics012.png(172 byte)度目に床に衝突するまでの 時間2000problemPhysics013.png(202 byte)と、床に衝突する直前の速さ 2000problemPhysics014.png(232 byte)を求めよ。

2   

虫めがねを使って、水平な机の上で次のような実験をした。

ろうそくに火をつけ、その炎の像を目盛りをつけたトレーシングペーパー(スクリーン)に写した。ろうそくと虫めがねとの水平距離 2000problemPhysics015.png(178 byte)を変え、そのとき スクリーンに像がはっきり映るようにスクリーンの位置をずらした。それぞれの 2000problemPhysics015.png(178 byte)に対する像の大きさ 2000problemPhysics001.png(189 byte)を測定すると表 2000problemPhysics016.png(123 byte)のようになった。

ただし、実験の間ろうそくの炎の大きさは一定で、 2000problemPhysics017.png(341 byte)であった。

問1   物体(ろうそくの炎)の大きさに対する像の大きさの比の値をレンズの倍率 2000problemPhysics002.png(203 byte)という。倍率の逆数 2000problemPhysics018.png(281 byte)2000problemPhysics015.png(178 byte)2000problemPhysics019.png(187 byte)(レンズの焦点距離) で表せ。

問2   表 2000problemPhysics016.png(123 byte)を完成し、 2000problemPhysics015.png(178 byte)2000problemPhysics018.png(281 byte)との関係をグラフに表せ。

   なお、グラフの縦軸の目盛りは、グラフが見やすいように各自で設定せよ。

グラフより、虫めがねの焦点距離2000problemPhysics019.png(187 byte) を求めよ。

2000problemPhysics021.jpg(495376 byte)

2000problemPhysics022.jpg(1202424 byte)

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