2021年度 立教新座中学過去問【理科】大問3解説

スコップで雪かきをしていた太郎さんは、
お父さんからスコップの持ち方について教えてもらいました。

(1)
スコップのどこを持つと雪かきがしやすいですか。
下図のなかから2つ選びなさい。

お父さんからスコップの持ち方がてこに関係していると聞いた太郎さんは、
さっそくてこについて調べてみました。
すると、表1のように3種類あることがわかりました。

(2)
直接持ち上げることのできないような重たいものでも、
小さな力で持ち上げることのできるてこの種類を、
表1からすべて選び、てこの番号で選びなさい。

(3)
次の①~④の道具では、どのようなてこが利用されていますか。
当てはまるてこを、表1から選び、それぞれてこの番号で答えなさい。
ただし、同じ番号を複数回使用してもかまいません。

(4)
爪切りでもてこが使われています。
下図のように爪切りを机の上に置いて、持ち手のAにゆっくり力を加えると、
Eの部分ではたらく力は加えた力のおよそ何倍になりますか。
最も適切なものを次のなかから選びなさい。
ただし、各区間の距離は表2のようでした。

(ア)0.2倍 (イ)0.5倍 (ウ)0.7倍 (エ)2倍
(オ)5倍 (カ)7倍 (キ)10倍

太郎さんはてこと関係したものがないか、さらに調べてみたところ、
家にあったおもちゃのピアノも関係していることがわかりました。
そこで、ピアノを図のように分解して、その構造を調べ、結果をまとめました。

(5)
次の文章は、調べた結果とてこの関係をまとめたものです。
文章中の①~⑦に適する語句を、以下の語群から選び、それぞれ記号で答えなさい。

ピアノの中には金属のパイプが入っており、鍵盤を押すと中のハンマーが動き、そのハンマーが金属のパイプを叩く構造だった。鍵盤とハンマーの動きから、表1の(①)が組み合わさっていることがわかる。なお、各区間の距離の比をGH:HJ=KJ:JI=1:2として、ハンマー先端のKを指で押さえることを考えると、鍵盤のGを押す力の(②)の力がKを押さえた指にはたらく。
 また、金属のパイプは、鍵盤をゆっくり押したときにはハンマーが届かない高い位置に設置されていた。これは、金属のパイプをハンマーで叩いたときに(③)ようにするためである。なお、鍵盤を押す力を変えずに、鍵盤やハンマーの長さを変えて、一番大きな音を出せるようにするには、GHの長さを(④)、HJの長さを(⑤)、KJの長さを(⑥)、JIの長さを(⑦)ことを一度に行えばよい。

<語群>
①:(ア)てこ1とてこ1 (イ)てこ1とてこ2 (ウ)てこ1とてこ3
(エ)てこ2とてこ2 (オ)てこ2とてこ3 (カ)てこ3とてこ3

②:(ア)約0.3倍 (イ)約0.5倍 (ウ)約1.5倍 (エ)約2倍 (オ)約3倍

③:(ア)力が伝わりやすい (イ)力が大きくなりすぎない
(ウ)音がすぐに消えない (エ)音量が変わらない (オ)音の高さが変わらない

④~⑥:(ア)少し長くし (イ)変えないで (ウ)少し短くし
⑦:(ア)少し長くする (イ)変えない (ウ)少し短くする


@解説@
(1)ア・エ

エはグリップ部分なので握る。スコップを支える支点となる。
力が働く作用点は雪をかきとる部分で、あいだに力点がくる。
モーメントは〔力×支点からの距離〕。
なるべく少ない力で雪かきをするには力点を支点から遠ざける
力点を作用点に近づければいい。

(2)1・2

少ない力で作用点に大きな力を働かせるには、
【力点から支点までの距離>作用点から支点までの距離】にすればいい。
てこ1とてこ2。

(3)①1②2③1④3

手を握って接触する場所が、力を加える力点。
支点は動かない。
力を加えたことで大きく動き、物として機能する場所が作用点。
プルタブはフタを押し下げるところが作用点。

(4)カ
類題を経験していると有利。

爪切りは、てこが上下に2つある
Aに力を加えるので、接触地点のAが力点。
Aの力がDに伝わり、Dが下のてこを下に押す。
つまり、Dは上のてこの作用点であり、同時に下のてこの力点である
Aに加えた力を①とすると、Dに働く力は⑨。
Eに働く力は、⑨×8/10=○7.2
Aの7.2倍の力がかかることになる。

(5)①ウ②ア③ウ④ウ⑤ア⑥ア⑦ウ

①②
前半はてこ1(力点G、支点H、作用点J)。
後半はてこ3(支点I、力点J、作用点K)。
Gに①の力を加えると、Jは〇1/2。
Kは〇1/2×2/3=〇1/3。
鍵盤Gを押す力の1/3倍(約0.3倍)の力がKに働く。


発想力が試される。
おもちゃのピアノはハンマーが金属パイプを叩き、金属パイプが振動することで音が鳴る
もし、鍵盤を押しっぱなしにしたときにハンマーが金属パイプに接する状態だと、
金属パイプの振動が抑えられるので音がすぐ消える。
ハンマーが金属パイプを叩いたあと、反動や重力でハンマーが金属パイプから離れるようにする。

④~⑦
理解していれば一貫して正解できるので、差がつきやすい。

大きな音を出す=Kに大きな力を働かせる。
【力点から支点までの距離<作用点から支点までの距離】にすればいい。
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