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A-Level 数学 9709 P4(力学)解法パターン67選

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NANSU PATTERN ATLAS · 9709/P4 · 67 PATTERNS

2016–2025の全過去問466問の公式マークスキーム分析から抽出(南数塾)。設問文のどこを見れば型を判定できるか(見分け方)と、10 年間の出題頻度・難度分布・代表過去問を、単元ごとに全パターン公開します。

単元別 パターン数
  • 運動学14種 / 134問
  • 力のつりあい14種 / 97問
  • ニュートンの法則12種 / 88問
  • 仕事・エネルギー14種 / 112問
  • 運動量13種 / 35問

運動学

Kinematics · 10年間で134問 · パターン14種

PATTERN 01 · kin-P14
10年で14問 · 単元内10%

式に残った文字定数を、与えられたデータ点から方程式を作って(2つなら微分側と積分側で1本ずつ)連立で決める

Determine the unknown constants from the given data points, building one equation by differentiating and one by integrating when there are two

見分け方

a、v、s の式に k、p、q、b、c といった文字定数が入っていて、「t=4 で v=8」「t=10 で s=400」「t=1 で加速度は 42、t=1 で変位は 93 m」「t=1 のとき s=7、t=3 のとき s=29」「最初の2秒で6m進む」のように数値のデータ点が与えられ、「k の値を求めよ」「k=3 かつ p=26 であることを示せ」と問われる型。

標準21%難79%代表問題: 9709/42 F/M 2025 Q7(11点) / 9709/43 M/J 2024 Q4(7点)
PATTERN 02 · kin-P11
10年で13問 · 単元内10%

a を積分して v、v を積分して s を作り、初期条件で積分定数をそのつど決める

Integrate a to get v and v to get s, fixing each constant of integration from the given condition

見分け方

加速度 a が t の式で与えられ(t^(1/2) などの分数指数を含むことも多い)、「starts from rest」「velocity when it leaves P is 7.5」「t=2 のとき v=27」のような速度の条件が添えられていて、速度・加速度の値、最大速度、距離・変位が問われる型。等加速度公式が使えないのが前提。

易8%標準62%難31%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q7(13点) / 9709/42 O/N 2025 Q6(8点)
PATTERN 03 · kin-P13
10年で13問 · 単元内10%

区分定義された s・v・a を区間ごとに処理し、接続点の速度一致で定数を決めてから距離を足す

Handle a piecewise s, v or a interval by interval, fix the constants by velocity continuity, then add the distances

見分け方

s・v・a のいずれかが「0≤ t≤5 では…、5≤ t≤7 では…」と2〜3区間で違う式として与えられている型(0≤ t≤6 は s の式で t≥6 は別の s の式=バリアで跳ね返る、0≤ t≤4 は s の式で t>4 は a の式、0≤ t≤9 は a=25-t² で t>9 は a=-3t^(-1/2)、というものも全部含む)。「There is no sudden change in velocity at any instant」「There is no change in the velocity of P at t=4」という断り書きや、p、q、k といった未知定数がセットで出て、total distance や作図が問われる。

難100%代表問題: 9709/43 M/J 2025 Q7(10点) / 9709/42 O/N 2024 Q6(10点)
PATTERN 04 · kin-P07
10年で12問 · 単元内9%

鉛直投射を「上向き正・a=-g」で固定し、最高点の v=0・高さの2次方程式・上下の対称性で解く

Set up vertical projection with up positive and a = -g, then use v = 0 at the top, the height quadratic and the up-down symmetry

見分け方

鉛直に投げ上げた(投げ下ろした)1つの粒子について、greatest height、最高点までの時間、「高さ◯m に初めて達する時刻」「◯m より高い時間の長さ」「地面に達するまでの時間」「t 秒後の高さが◯m」「速さが◯m/s 以上である合計時間」「O に戻るまでの時間」などが問われる型。

易58%標準42%代表問題: 9709/42 F/M 2024 Q2(4点) / 9709/43 O/N 2023 Q1(3点)
PATTERN 05 · kin-P02
10年で11問 · 単元内8%

未知数を含む面積の和=与えられた距離 の方程式を立てて T・V・a を解く

Write the total area with the unknown included, equate it to the given distance and solve for T, V or a

見分け方

v-t グラフの図が与えられている、または「Sketch a velocity-time graph」が小問になっていて、区間の一部が T・V・a のまま残り、面積(台形)の和を与えられた総距離・総時間・区間比と等置する1本の方程式にしないと解けない型=グラフそのものが主役ならこちら(グラフも作図もなく、段ごとに suvat を当てて境界の速さを次の段へ渡していく型は kin-P06)。「Given that the total distance travelled is ○ m, find T」「Show that the total distance may be expressed as (45V+150) m」「減速度の大きさは加速度の2倍」「等速に入るまでの距離は全体の3分の1」が合図。

易9%標準73%難18%代表問題: 9709/41 O/N 2024 Q4(6点) / 9709/41 M/J 2022 Q1(6点)
PATTERN 06 · kin-P08
10年で11問 · 単元内8%

2粒子の位置を共通の時計で式にして等置し、出会う時刻・高さ・距離を出す

Write both particles' positions on one common clock and equate them to find when and where they meet

見分け方

2つの粒子が同じ鉛直線上または同じ直線上を動き、「◯秒後に2つ目が投射される」「A が O を通過してから◯秒後に B が通過する」のような時間差つきで、衝突する高さ・追いつく時刻・距離 OP・距離 AB が問われる型。v や a が t の式で与えられて verify させる形も含む。

易9%標準45%難45%代表問題: 9709/41 O/N 2024 Q5(10点) / 9709/41 M/J 2024 Q7(10点)
PATTERN 07 · kin-P10
10年で11問 · 単元内8%

設問の言葉に合わせて v=0・a=0・s=0 のどれを解くかを決め、出た時刻を正しい式に代入する

Decide from the wording whether to solve v = 0, a = 0 or s = 0, then substitute the time back into the right expression

見分け方

s か v か a が t の式で与えられ、「instantaneously at rest」「comes to rest」「the direction of motion changes」(=v=0)、「maximum velocity」「minimum velocity」「the acceleration is zero at t=p and t=q」「the set of values of t for which the acceleration is positive(negative)」「the particle is decelerating」(=a=0 や a>0、a<0)、「returns to O」「passes through O again」(=s=0)のいずれかが書かれている型。

易27%標準36%難36%代表問題: 9709/42 M/J 2025 Q6(9点) / 9709/43 O/N 2025 Q4(10点)
PATTERN 08 · kin-P12
10年で11問 · 単元内8%

v=0 で区間を切り、各区間の積分(または面積)の絶対値を足して総移動距離を出す

Split the motion at v = 0 and add the absolute values of the interval integrals for the total distance

見分け方

「total distance travelled」「average speed」「distance travelled while the velocity is negative」「the distance between the two positions at which the particle is instantaneously at rest」のように distance(道のり)が問われ、その範囲の途中で v が符号を変える型。displacement(変位)ではなく distance と書かれていたらこれ。

易9%標準9%難82%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q7(9点) / 9709/42 F/M 2024 Q5(8点)
PATTERN 09 · kin-P05
10年で9問 · 単元内7%

直線上に並ぶ区間ごとに suvat を1本ずつ書き、区間どうしの関係から u と a を連立で出す

Write one suvat equation per section between the marked points and solve simultaneously for u and a

見分け方

直線上に A, B, C(または P, Q, R, S)と点が並び、各区間の時間か距離が与えられ、さらに「AB は BC の 4/5」「AC=2AB」「はじめの5秒で80m、はじめの8秒で160m」「2秒目に52m、4秒目に64m」のように区間どうしの関係や累積距離が2組書かれている型。グラフは与えられない。

標準78%難22%代表問題: 9709/43 M/J 2024 Q3(6点) / 9709/43 O/N 2022 Q4(7点)
PATTERN 10 · kin-P03
10年で8問 · 単元内6%

t 軸の下に出る往復型で、距離は面積の絶対値の和・変位は符号付きの和として使い分ける

Handle below-axis (return) motion: distance adds absolute areas, displacement adds signed areas

見分け方

グラフが t 軸の下に出ている、または「travels back towards O」「returns to rest at O」「the minimum velocity is V」「its displacement from O is 32 m」「starts and finishes on the ground floor」のように向きの反転・原点復帰が書かれている型。

易25%標準75%代表問題: 9709/43 O/N 2025 Q1(3点) / 9709/43 M/J 2025 Q3(7点)
PATTERN 11 · kin-P04
10年で7問 · 単元内5%

勾配は速度・面積は変位・曲がり方は加速度 の対応で s-t と v-t を読み替え、必要な区間を描く

Convert between displacement-time and velocity-time graphs using gradient, area and curvature

見分け方

縦軸が変位 s のグラフが図で与えられている、「On the given axes, sketch a displacement-time graph」「sketch a velocity-time graph」と一方から他方を描かせる、または加速度・速度が a=12-2t、a=0.6t、v=2t²-5t+3 のように t の式で与えられて曲線を含むグラフを描かせる型。作図の小問は、直線だけの走行なら kin-P01・kin-P02、曲線が1つでも入るなら必ずこのパターンで描く。

易29%標準43%難29%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q3(7点) / 9709/42 O/N 2025 Q1(3点)
PATTERN 12 · kin-P01
10年で6問 · 単元内4%

v-tグラフの勾配で加速度を、面積で距離と平均の速さを出す(図がなければ台形を自分で描く)

Read acceleration from the gradient and distance from the area of a velocity-time graph, sketching the trapezium when it is not given

見分け方

折れ線の v-t グラフが図で与えられている、または「静止から◯秒加速し、◯秒間一定の速さで走り、◯秒で止まる」と各段階の数値がそろっていて Sketch a velocity-time graph と総距離が問われている型。未知の文字(T や a)が出てきても、それが1本の線分の勾配や v=u+at の中だけで片づく(勾配どうしを等置すれば解ける)ならこの型。面積の和を与えられた総距離と等置しないと解けないなら kin-P02 に回す。

易50%標準50%代表問題: 9709/41 M/J 2024 Q1(4点) / 9709/41 O/N 2023 Q3(8点)
PATTERN 13 · kin-P06
10年で6問 · 単元内4%

走行を段に分け、境界の速さを次の段に引き継いで各段を出し、合計=与えられた総量 の式を解く

Split the journey into stages, carry the boundary speed into the next stage and equate the total to the given value

見分け方

走行が段(加速→等速→減速、または投射→跳ね返り→…)に分かれていて、v-t グラフの図も作図の小問もなく、段ごとに suvat を当てて境界の速さを次の段の初速に渡していく型=グラフが主役でないならこちら(グラフ図が与えられている・作図が小問になっていて面積の和を総距離と等置する型は kin-P02)。「静止から◯秒加速し、そのあと一定の速さで進み、さらに◯秒で止まる。全体の距離は◯m」「加速中に42m進んで V に達し、等速で50m、減速中は16m」のように段ごとの距離・速さ・加速度が数値で散らばっているのが合図。求めるのは一定速度 V、加速度・減速度の大きさ、文字の値、総時間。

易33%標準33%難33%代表問題: 9709/42 F/M 2025 Q2(5点) / 9709/42 M/J 2025 Q4(11点)
PATTERN 14 · kin-P09
10年で2問 · 単元内1%

2粒子は等置せず、隔たり s₁-s₂ の極値と速度の符号で最大最小・向きの一致を調べる

Instead of equating, examine the separation s1 minus s2 and the signs of the two velocities

見分け方

出会いではなく「the minimum distance between P and Q」「the greatest distance」「◯のときの2粒子間の距離」、または「the set of values of t for which the two particles are moving in the same direction」のように、離れ具合そのものや向きを範囲で答えさせる型。「move in different vertical lines(=ぶつからない)」と断ってあるのも目印。

標準50%難50%代表問題: 9709/42 M/J 2017 Q3(9点) / 9709/42 O/N 2017 Q4(6点)

力のつりあい

Forces & Equilibrium · 10年間で97問 · パターン14種

PATTERN 01 · feq-P04
10年で19問 · 単元内20%

未知の大きさと未知の角が同じ1本の力に付いているなら、Pcosθ と Psinθ の2式を作り、二乗和で大きさ・商で角度を出す

When the unknown magnitude and the unknown angle sit on the same force, form P cos θ and P sin θ, then use Pythagoras and arctangent

見分け方

「The forces are in equilibrium」「The system is in equilibrium」と書かれ、図の中で未知の大きさ(P N、F N、T N)の矢印にそのまま未知の角(θ、α、i)が書き込まれている型。つまり大きさも向きも分かっていない力が1本だけあり、他の力は大きさも向きも既知。判定は解く前に図だけでできる=P の矢印から出ている角度記号が未知の文字かどうかを見る(m19₄2|3 は F N に α、s19₄2|1 は P N に θ、s16₄3|3 は P N に θ が付いている)。糸で吊るした物体で「Find the values of T and θ」と問われる型も、T 自身の向きが未知ならここに入る。他の力の向きは数値か tanα=7/24 のような分数比で与えられる。未知の角が既知の大きさの力(2 N・16 Nなど)に付いていて P の向きが図で確定している場合は、この型ではなく feq-P06。

易11%標準84%難5%代表問題: 9709/42 F/M 2025 Q1(4点) / 9709/43 M/J 2025 Q4(6点)
PATTERN 02 · feq-P05
10年で15問 · 単元内15%

角度が全部わかっているつりあいは、直交2方向の式を連立して未知の大きさ2つを出す(3力なら力の三角形・ラミの定理)

When all directions are known, resolve in two perpendicular directions and solve simultaneously for the two unknown magnitudes

見分け方

糸・ロープ・支柱・ワイヤで支えられた1点が静止していて、図の角度(または糸の長さ)がすべて与えられ、未知が力の大きさ2つだけの型。「Find the tensions in the two strings」「Find the values of P and Q」のように角度は聞かれず大きさを2つ問われる。逆に3力の大きさが全部与えられて「find the other angles between the forces」と力どうしの間の角を問われる型もここに入る。

易53%標準40%難7%代表問題: 9709/42 M/J 2025 Q3(4点) / 9709/43 M/J 2024 Q2(3点)
PATTERN 03 · feq-P01
10年で12問 · 単元内12%

すべての力を直交2方向に分解し、成分の総和 X・Y から合力の大きさと向きを出す

Resolve every force into two perpendicular components, then get the resultant from the component sums

見分け方

図に3〜5本の共点力と角度が示され「find the magnitude and direction of the resultant force」「find the values of R and θ」と問われる型。基準方向はx軸・水平・川の流れ・線ABCなど問題文か図で指定される。同じ大きさの2力が基準線の上下に対称に置かれ、sinα=3/5 のような分数比で一方の成分がちょうど消える図も同じ型。

易17%標準58%難25%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q3(6点) / 9709/42 O/N 2025 Q7(11点)
PATTERN 04 · feq-P10
10年で11問 · 単元内11%

斜面で力が傾いている・水平なとき:重さと外力を両方分解し、R に外力の成分を入れて連立する

Tilted or horizontal force on a slope: resolve both weight and applied force, keeping the force component inside R

見分け方

斜面上で外力が最大傾斜線に対してさらに角度 β をなす、または水平にはたらく型。「at an angle of 36 degrees above a line of greatest slope」「a horizontal force ... in a vertical plane containing a line of greatest slope」が合図。滑らか(smooth)で摩擦が出てこない斜面も同じ手順で解く。

標準64%難36%代表問題: 9709/41 O/N 2024 Q6(6点) / 9709/42 M/J 2024 Q5(8点)
PATTERN 05 · feq-P09
10年で8問 · 単元内8%

斜面に平行な力:R=mgcosθ を固定し、動く向きで摩擦の向きを決めて斜面方向を3項で立てる

Force along the line of greatest slope: fix R = mg cos θ, then balance along the slope with friction in the correct sense

見分け方

粗い斜面上の物体に、最大傾斜線に平行な力(ロープ・押す力)だけがはたらく型。「acting parallel to a line of greatest slope」と明示され、just sufficient to prevent it sliding down/on the point of moving up/moving at constant speed/least and greatest possible value が合図。外力が斜面に平行なので R に外力の成分が入らない。

易13%標準63%難25%代表問題: 9709/41 O/N 2021 Q4(6点) / 9709/41 O/N 2019 Q3(7点)
PATTERN 06 · feq-P08
10年で7問 · 単元内7%

水平面や棒の上で斜めの力:面に垂直な向きで正しい項数の R を先に作り、F=μ R を代入する

Angled force on a horizontal surface or rod: build R with the right number of terms first, then substitute F = mu R

見分け方

水平な床・机・地面・棒の上の物体(またはリング)に、面と角度 θ をなす力(糸の張力・押す力)がはたらき、on the point of moving/limiting equilibrium/constant speed/greatest value of X と書かれている型。力が水平(θ=0)の場合や、接触面が鉛直な棒になっている場合も同じ手順で解く。前半で共点力の合力を求めさせ、後半でその状況の摩擦係数や加速度を問う複合型(粗い針金に通したリングに4力がはたらく w25₄2|7)もここに入る。

易57%標準43%代表問題: 9709/43 O/N 2024 Q5(8点) / 9709/41 M/J 2022 Q3(5点)
PATTERN 07 · feq-P07
10年で5問 · 単元内5%

大きさが F, 2F, 3F のように記号の倍数なら、2式を割って大きさを消し tanθ にする

Divide the two resolved equations to cancel the symbolic magnitude and reduce to tan θ

見分け方

力の大きさが F、2F、3F や P、3P、4P のように同じ文字の倍数で与えられ、どちらの分解式にも未知の大きさと未知の角が同時に残る型。show that 型でこの形が出ることも多い。

標準60%難40%代表問題: 9709/42 F/M 2024 Q4(6点) / 9709/42 M/J 2023 Q3(6点)
PATTERN 08 · feq-P11
10年で5問 · 単元内5%

滑車でつながれた2物体:張力 T を消して系1本の式にし、F=μ R を入れる

Two particles over a pulley: eliminate the tension to get one system equation, then insert F = mu R

見分け方

軽い糸がなめらかな滑車を通り、片方が粗い斜面上、もう片方が鉛直にぶら下がる(または別の斜面上にある)型。in limiting equilibrium/find the coefficient of friction/the greatest value of X for which P remains stationary/Determine whether the particles move が合図。

標準40%難60%代表問題: 9709/41 O/N 2023 Q5(7点) / 9709/41 M/J 2023 Q6(8点)
PATTERN 09 · feq-P13
10年で4問 · 単元内4%

なめらかな輪に通した1本の糸は、両側の張力を同じ T と置いて2方向に分解する

Smooth ring threaded on one string: use the same tension on both sides, then resolve in two directions

見分け方

「a smooth ring R threaded on a light string ARB」のように、1本の糸がなめらかな輪(またはペグ)に通してあり、その輪に外力(X N、P N、水平な力)が加わって静止している型。糸が2本ではなく1本で、両端が固定点に留められているのが合図。逆に固定点から別々に伸びる2本の糸・2本の支柱(=feq-P05)では張力は等しくならず、MSは「Must be different Ts」と別記号を要求するので、まず図で「1本の糸が輪を通っている(同じ T)」か「別々の2本の糸(T₁、T₂)」かを見分ける。

易50%標準50%代表問題: 9709/42 O/N 2023 Q2(5点) / 9709/43 M/J 2023 Q3(5点)
PATTERN 10 · feq-P02
10年で3問 · 単元内3%

つりあいの2式(水平=0・鉛直=0)で検証し、つりあわせる追加の力は合力を180°反転して答える

Verify equilibrium with the two zero-sum equations, and reverse the resultant to get the equilibrant

見分け方

「show that the coplanar forces are in equilibrium」または「find the magnitude and direction of the single additional force acting at the same point which will produce equilibrium」と問われる型。合力そのものではなく、合力を打ち消す力を答えさせるのが合図。

易33%標準67%代表問題: 9709/43 O/N 2024 Q2(6点) / 9709/41 M/J 2019 Q1(3点)
PATTERN 11 · feq-P06
10年で3問 · 単元内3%

未知が1つだけ残る向きを先に選んで分解し、確定した値をもう一方の式に代入する

Resolve first in the direction where only one unknown survives, then substitute

見分け方

「Find the values of θ and P」とつりあいで大きさと角の両方を問われるが、図を見ると未知の角 θ は既知の大きさの力(2 N・16 N・3 Nなど)に付いていて、未知の大きさ P の力の向きは図で確定している型。または P、3P のように同じ大きさの力が基準線の上下に対称に置かれて成分が打ち消し合う型。判定は解く前に図だけでできる=P の矢印に未知の角度記号が付いていなければこの型、付いていれば feq-P04。

易67%標準33%代表問題: 9709/42 M/J 2024 Q3(6点) / 9709/42 M/J 2018 Q3(4点)
PATTERN 12 · feq-P03
10年で2問 · 単元内2%

「その方向の成分が0」に翻訳して、1本の式だけで未知の力や角を決める

Translate the stated direction of the resultant into a single zero-component equation

見分け方

「the resultant force has no component in the y-direction」「the resultant acts in a direction perpendicular to the force of magnitude F」「the new resultant force has zero component in the direction BC」「the resultant of the four forces is in the direction of the 3 N force」のように、合力の向きが条件として与えられて未知の大きさや角を1つ求める型。

易50%標準50%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q2(4点) / 9709/43 O/N 2017 Q1(3点)
PATTERN 13 · feq-P12
10年で2問 · 単元内2%

斜面角が未知なら、m と g を約分し両辺を cosθ で割って tanθ の1本の式にまとめる

Unknown slope angle: cancel m and g, divide by cos θ, and reduce to a single equation in tan θ

見分け方

斜面の角 θ が未知で、質量が m のまま、力が 8mg のように mg の倍数や数値で与えられる型。「Find the value of θ」「Show that μ=(5tanθ-1)/(5+tanθ)」「find the set of possible values of θ」のように、答が角度か θ を含む式になるのが合図。

難100%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q5(6点) / 9709/43 O/N 2025 Q7(7点)
PATTERN 14 · feq-P14
10年で1問 · 単元内1%

たるむ側の糸(または効かない支柱)の張力を0と置いて、つりあいを保てる限界の力を出す

Set the slack string or strut tension to zero to find the limiting force that keeps equilibrium

見分け方

「Find the greatest value of F for which the block remains in equilibrium」「Find the least value of X」「find the value of F for which the force in the strut AD is zero」のように、つりあいを保てる限界の力を問われる型。糸はたるむだけで押せない=張力は負になれない、が根拠。

標準100%代表問題: 9709/42 O/N 2021 Q6(8点)

ニュートンの法則

Newton's Laws · 10年間で88問 · パターン12種

PATTERN 01 · new-P05
10年で19問 · 単元内22%

滑車の粒子は切り離して運動方程式を1本ずつ立て、足して張力を消して a、戻して張力を出す

Split the particles at the pulley, write one F = ma equation each, add to eliminate the tensions for a, then substitute back

見分け方

軽くて伸びない糸で結ばれた粒子が滑らかな滑車を通り、静止から放される。両方が鉛直にぶら下がる型と、片方が滑らかな面(水平な台・斜面)の上にある型の両方。摩擦係数の記述がなく、加速度・張力・その後の速さや時間、または未知の質量や比を問われる。糸が2本で3物体が鎖状につながる型も同じ手順(張力は糸ごとに別物)。

易11%標準37%難53%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q6(9点) / 9709/42 F/M 2025 Q4(7点)
PATTERN 02 · new-P08
10年で11問 · 単元内12%

直列につながれた2物体は「前・後ろ・全体」の3式を書き、未知数が2つになる2式だけを連立する

For two bodies connected in line, write the front, rear and whole-system equations and solve any two of them

見分け方

車とトレーラー、バンと荷車、機関車と客車、エレベーターと中の荷物のように、軽い棒・ロープ・糸でつながれた2物体が同じ加速度で動く。張力(またはエレベーターの床からの垂直抗力)と加速度、あるいは未知の質量・抵抗の2つを求めよと言われたとき。坂を上る・下る設定も含む。

易36%標準27%難36%代表問題: 9709/42 O/N 2025 Q2(5点) / 9709/43 M/J 2025 Q2(4点)
PATTERN 03 · new-P03
10年で10問 · 単元内11%

力が面と斜めのときは、面に垂直な方向で R を作り直してから F=μ R を運動方向の式に入れる

When the force is at an angle to the surface, rebuild R perpendicular to the surface before using F = muR

見分け方

粗い面(水平面でも斜面でも)の上の物体に、面と平行でない力がはたらく。「a force of magnitude 6 N at an angle of 20° above the horizontal」「at 20° above a line of greatest slope」「a horizontal force」や、斜めについた糸がある図が合図。求めるのが μ・力の大きさ・加速度のどれでもこの型で、連結系のうち片方だけが粗い場合も含む。糸がすべて面と平行なら R は作り直さないのでこの型ではない(P02・P06へ)。

標準40%難60%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q8(8点) / 9709/42 O/N 2025 Q5(6点)
PATTERN 04 · new-P06
10年で9問 · 単元内10%

粗い面がある滑車系は、面直方向の R と F=μ R を先に作ってから式を連立する

Rough pulley system: build R and F = muR first, then solve the simultaneous equations of motion

見分け方

滑車にかかった糸の一方の粒子が rough な面(水平な台・斜面)の上にあり、coefficient of friction が与えられているか未知数として問われる。粒子が実際に動いている(加速度が0でない)状態で、加速度・張力・摩擦係数・その後の距離を問われる。「show that the coefficient of friction is …」型も含む。糸が2本あって3物体が鎖状につながる型(斜面—水平面—鉛直、または台の両側に滑車)もここ。糸がすべて面と平行なので R は重さの面直成分のままでよい(作り直さない)のが P03 との違い。

標準11%難89%代表問題: 9709/42 M/J 2025 Q5(12点) / 9709/42 O/N 2024 Q7(11点)
PATTERN 05 · new-P01
10年で7問 · 単元内8%

一直線の運動は、はたらく力を全部数えて ma と等しいと置き、出た a を等加速度公式や P=Fv につなぐ

Straight-line motion: count every force, set the total equal to ma, then feed a into suvat or P = Fv

見分け方

直線上を動く1つの物体(車・ミニバス・クレート・水に入る粒子・釘を打つハンマー)に、水平または斜面上の駆動力と、数値で与えられた抵抗、または重さと一定の抵抗力だけがはたらく。摩擦係数 μ と垂直抗力 R が問題文に出てこない(面が滑らか、または抵抗の大きさがNで直接与えられている)のが見分け方で、μ が絡むならP02〜P04を主にする。sinθ=0.05 のように坂の傾きが与えられ「上りと下りそれぞれで速さを求めよ」という型もここに入る。設問は「find the driving force」「find the power」「find the time until it comes to instantaneous rest」型。

易57%標準29%難14%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q1(4点) / 9709/43 O/N 2023 Q2(5点)
PATTERN 06 · new-P02
10年で7問 · 単元内8%

斜面では R=mgcosθ と F=μ R を先に作り、斜面方向の運動方程式から a を出して等加速度公式につなぐ

On a slope, build R = mg cos(theta) and F = muR first, then get a from the along-slope equation and use suvat

見分け方

粗いまたは滑らかな斜面の上にある1つの物体について、加速度・速さ・距離・時間のどれかを問われる。摩擦係数 μ の値か smooth が与えられ、外力があっても斜面に平行(up the plane / down the plane)にはたらいている。

標準71%難29%代表問題: 9709/42 F/M 2025 Q6(10点) / 9709/41 M/J 2024 Q5(8点)
PATTERN 07 · new-P10
10年で7問 · 単元内8%

着地・糸切れ・面の変化・力の消失を境目に運動を2段階に切り、境目の速さを渡して加速度を作り直す

Split the motion at the landing, break or change of surface, carry the boundary speed forward and rebuild the acceleration

見分け方

「When A reaches the ground」「the string breaks」「the string becomes slack」「the rope breaks」「the force is removed」「AB is smooth and BC is rough」のように途中で条件が変わり、total distance travelled・further distance・greatest height・total time・difference in the times を問われる。

標準29%難71%代表問題: 9709/41 O/N 2023 Q4(9点) / 9709/42 F/M 2023 Q1(5点)
PATTERN 08 · new-P07
10年で5問 · 単元内6%

つながれた系が動き出す寸前は a=0 の式を2本立て、張力を消して μ・角度・質量を出す

Limiting equilibrium of a connected system: write two a = 0 equations, eliminate the tension and solve for mu, the angle or the mass

見分け方

「in limiting equilibrium」「on the point of moving up the plane」「remains at rest」「the least value of the coefficient of friction for which the particles remain at rest」と書かれ、加速度ではなく未知の μ・角度・質量を求める。両面とも粗く μ が共通という型もここ。さらに滑らかな連結系で「the system is in equilibrium, find θ」と角度を問う型(摩擦0で a=0 の2式から張力を消す)も同じ手順で解ける。show that 型が多い。

難100%代表問題: 9709/43 M/J 2022 Q6(10点) / 9709/41 M/J 2018 Q7(12点)
PATTERN 09 · new-P04
10年で4問 · 単元内5%

加速度やつりあいが先に与えられている1物体から、μ・張力・外力を逆算する

Work backwards from a given acceleration or from equilibrium to find mu, the tension or the applied force

見分け方

「Show that μ=…」「Find the value of μ」「Find the tension in the rope」のように、加速度の数値(2 m s⁻² など)や「in equilibrium」「in limiting equilibrium」「on the point of moving」「Determine whether it will move」が先に与えられ、未知が摩擦の側または力の側にある。粗い水平面の物体に水平な力を加えて limiting equilibrium から μ を出す型、そして続けて「今度は μ の値を与えるので距離を求めよ」と同じ式を逆向きに使う型もここ。

易50%標準50%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q1(4点) / 9709/42 O/N 2023 Q4(7点)
PATTERN 10 · new-P09
10年で4問 · 単元内5%

仕事率が与えられたら F=P/v でその瞬間の駆動力に直してから力の式を立てる

Convert the power into a driving force with F = P/v before writing the equations of motion

見分け方

駆動力ではなく「the engine is working at a rate of 12500 W」「working at a constant rate of 4.5 kW」のように仕事率と速さが与えられる。前半に「一定の速さで進んでいるときの仕事率・抵抗・張力」を問う小問が付くことが多い。

標準100%代表問題: 9709/41 M/J 2024 Q4(6点) / 9709/42 F/M 2023 Q4(7点)
PATTERN 11 · new-P11
10年で3問 · 単元内3%

「Use an energy method」と言われたら、系全体の仕事とエネルギーの式を1本だけ書いてから各項を埋める

Write one work-energy equation for the whole system, then fill in each term

見分け方

次の3つのどれかに当てはまるときだけこの型を使う。①問題文で「Use an energy method」と指定される、②「The work done against friction is 0.5 J」のように仕事の量そのものが与えられる、③公式MSに「Alternative Method … using energy」が別解として用意されている。どれにも当てはまらない問題(加速度と等加速度公式だけで解ける問題)で無理にエネルギー式を書くと、余計な手間になるうえ得点構成と噛み合わない。

難100%代表問題: 9709/42 F/M 2024 Q6(10点) / 9709/42 M/J 2024 Q7(10点)
PATTERN 12 · new-P12
10年で2問 · 単元内2%

衝突は運動量保存で直後の速さを出し、必要なら運動エネルギーの差をとり、そのあと各物体の運動を立て直す

At a collision use conservation of momentum for the speeds, take the KE difference if asked, then rebuild each body's motion

見分け方

2つの物体が衝突する・合体する・追突する。斜面や斜めの針金の上でも、粗い水平面でも、走る車が停止した車に当たる型でもよい。「The two particles coalesce when they collide」「A is brought to instantaneous rest in the collision」「Find the loss of kinetic energy due to the collision」「find the mass of the van」「Find the time from when the collision occurs until A collides with B again」が合図。

難100%代表問題: 9709/42 F/M 2024 Q7(12点) / 9709/42 F/M 2022 Q7(12点)

仕事・エネルギー

Work, Energy & Power · 10年間で112問 · パターン14種

PATTERN 01 · ewp-P12
10年で23問 · 単元内21%

その瞬間の駆動力を DF=P/v で作り、そのままニュートンの第2法則(水平は3項・斜面は4項)に入れる

Bridge P = Fv and F - R = ma with the driving force at one instant

見分け方

「at an instant when its speed is 45 m s⁻¹」「this power is suddenly increased by 12 kW」「its deceleration is …」「find the initial acceleration」「find the power developed」のように、ある一瞬の速さと、加速度・パワー・抵抗・質量のうち2つが与えられて残る1つを問われる。パワーが変わった瞬間の加速度を聞く型が最頻出。抵抗が v の式でも、その瞬間の v が数値で与えられていればここで扱える(未知定数を決める show that 型もここ)。

易17%標準57%難26%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q4(6点) / 9709/43 O/N 2025 Q2(6点)
PATTERN 02 · ewp-P06
10年で10問 · 単元内9%

パワーが一定の区間は、エンジンのした仕事を P× t に直して収支に入れる(等加速度公式は使えない)

Constant-power stage: replace the engine's work by P times t in the energy balance

見分け方

「the engine is working at a constant rate of 32 kW」「working at 960 kW」「find the average power of the engine」のようにパワー(W・kW)が与えられる、または問われていて、区間の所要時間と始め・終わりの速さが分かっている。「the resistance is not constant」と書かれている場合も必ずこの型。

標準60%難40%代表問題: 9709/42 F/M 2025 Q3(6点) / 9709/42 O/N 2025 Q3(8点)
PATTERN 03 · ewp-P05
10年で9問 · 単元内8%

駆動力が与えられた斜面は「駆動の仕事+位置エネルギーの減少=運動エネルギーの増加+位置エネルギーの増加+抵抗の仕事」を1本書いてから各項を埋める

Slope work-energy equation with a driving force: write one equation, then fill in each term

見分け方

斜面・坂を距離 d 進む区間で、駆動力(N)またはエンジンのした仕事(J)が与えられていて、始めと終わりの速さも分かっていて、力・角度・質量・抵抗の仕事・速さのどれか1つだけが未知。「Use an energy method」「find the work done by the engine」「the work done against this resistance is 2000 J」「the engine does 150 000 J of work」が合図。判定の排他条件が2つある。①駆動力もエンジンのした仕事も一切与えられていない斜面(released from rest・slides down・projected up a line of greatest slope・projected down a line of greatest slope・エンジンを切った後)はこの型ではなく ewp-P07 へ回す。②パワー(W・kW)が一定と書かれている、または問われているなら ewp-P06 へ回す。

易56%標準11%難33%代表問題: 9709/41 M/J 2024 Q3(4点) / 9709/42 M/J 2023 Q4(7点)
PATTERN 04 · ewp-P07
10年で9問 · 単元内8%

駆動力のない斜面は「KEの変化=PEの変化+抵抗の仕事」の3〜4項1本で解き、往復なら上りと下りで式を2本に分ける

No driving force on a slope: a three- or four-term balance, and split into up and down equations for a round trip

見分け方

斜面の区間に駆動力もエンジンのした仕事も存在しない。「switches off the engine(エンジンを切る)」「stops pedalling / freewheels」「projected up a line of greatest slope」「projected down a line of greatest slope」「slides down a line of greatest slope」「released from rest」「starting from rest at A, slides down」のいずれかが合図で、その後に進む距離・高さ・速さ・抵抗の仕事・摩擦力・μ を問われる。「comes to instantaneous rest」してから「slides back down / returns to its starting point」する往復型もここ。判定の排他条件が3つある。①駆動力(N)またはエンジンのした仕事(J)が与えられていたら ewp-P05。②パワーが一定なら ewp-P06。③「smooth」「no resistance force」と書かれていて抵抗の項が消えるなら ewp-P03。

易33%標準44%難22%代表問題: 9709/42 M/J 2025 Q7(6点) / 9709/41 O/N 2024 Q2(5点)
PATTERN 05 · ewp-P02
10年で8問 · 単元内7%

等速で引き上げる・持ち上げるときは、した仕事を「位置エネルギーの増加+抵抗(摩擦)の仕事」の3項式1本に置く

Constant-speed haul or hoist: work done by the force = PE gain + work done against resistance

見分け方

粗い斜面やクレーン・ウインチで、物体を「一定の速さで(at a constant speed)」距離 d だけ引き上げる・持ち上げる。摩擦力や抵抗が N か J で与えられる(または摩擦係数 μ で与えられる)。設問は「work done against friction」「change in gravitational potential energy」「work done by the pulling force」「total work done」の3点セット、または摩擦力・時間の逆算。

易88%標準13%代表問題: 9709/42 F/M 2022 Q1(4点) / 9709/43 O/N 2022 Q2(4点)
PATTERN 06 · ewp-P08
10年で8問 · 単元内7%

区間ごとに条件が変わるコースは、区間を切って式を1本ずつ立て、境目の速さでつなぐ

Multi-section course: write one equation per section and join them at the boundary speed

見分け方

図で PQR・XYZ・ABC のように区間が名前で示され、「curved part は smooth」「この区間の抵抗仕事は○○ J」「straight part は rough」と区別されている。斜面→水平→斜面、上りランプ→下りランプ、「5 m だけ押してから手を離す」のように区間ごとに傾き・摩擦・外力が変わる直線コースも同じ。半円軌道で AB が smooth・BC が rough のように弧の途中で条件が切り替わる型もここ。「no change in speed when passing through B」の一文が入ることが多い。

標準13%難88%代表問題: 9709/43 M/J 2025 Q6(9点) / 9709/43 M/J 2024 Q7(9点)
PATTERN 07 · ewp-P03
10年で7問 · 単元内6%

なめらか・抵抗なしなら「位置エネルギーの減少=運動エネルギーの増加」だけで解き、円弧は落差を半径と角から作る

Smooth path: PE lost = KE gained, and for circular arcs build the drop from the radius and angle

見分け方

「smooth(なめらか)」「there is no resistance force」と明示され、駆動力もない。斜面・鉛直・ひもやレールに沿った円弧(swing・semicircle・ring on a wire)を動き、速さ・高さ・距離のどれかを問われる。「use an energy method」「Given that the plane is smooth, use an energy method to find the speed」「Show that the speed of the block at B is 6 m s⁻¹」と指定されることが多い。粗い(rough)・抵抗ありの区間に切り替わったら ewp-P07(駆動力なしの斜面)または ewp-P08(区間ごとに条件が変わるコース)へ渡す。

易29%標準43%難29%代表問題: 9709/41 O/N 2023 Q1(3点) / 9709/42 M/J 2021 Q1(3点)
PATTERN 08 · ewp-P10
10年で7問 · 単元内6%

連結された2物体は系全体で1本立てて張力を消し、張力が要るときだけ片方を切り出す

Connected bodies: one whole-system equation first, then one body alone for the tension

見分け方

滑車でつながれた2粒子、車とトレーラー(light rigid tow-bar・light inextensible string)など、糸や棒で連結された2物体が共通の速さで動く。「use an energy method」で速さや質量を、続けて「find the tension in the tow-bar」「find the acceleration of the system」を問われる。

標準57%難43%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q4(6点) / 9709/42 F/M 2022 Q3(5点)
PATTERN 09 · ewp-P11
10年で7問 · 単元内6%

一定の速さなら加速度0とし、運動方向のつりあいで駆動力を作って P=Fv に入れる

Constant speed: balance the forces along the motion, then use P = Fv

見分け方

抵抗の大きさが数値(N)で与えられている場合に限る。抵抗が速さの式(kv・kv²・Av+B)で与えられていて、しかも求めるのが速さなら ewp-P13 へ回す(速さのほうが数値で与えられていて求めるのがパワー・角度なら、その速さを代入して抵抗を数値にできるのでこの型でよい)。合図は「constant speed」「steady speed」「the greatest possible constant speed」「一定の速さで吊り上げる」で、抵抗の大きさ・斜面の角度・パワー(kW)・速さ・摩擦係数のうち必要な値が与えられて残る1つを求めさせる。加速度の話がまったく出てこないのが目印。

易29%標準29%難43%代表問題: 9709/42 F/M 2024 Q3(5点) / 9709/41 O/N 2022 Q3(9点)
PATTERN 10 · ewp-P04
10年で6問 · 単元内5%

水平な経路では位置エネルギーの項を書かず、3〜4項の仕事エネルギー方程式で解く

Horizontal path: drop the PE term and use a three- or four-term work-energy equation

見分け方

「horizontal road(水平な道)」「level road」「同じ高さ」で高低差がなく、駆動力(人・エンジン・押す力)と抵抗力があって速さが u から v に変わる。「the total work done by the athlete is 1541 J」「the work done against the resistance force is 3560 J」のように仕事が J で与えられ、仕事・抵抗力・質量・到達する速さのいずれかを問われる。駆動力が進む向きと角をなしていたら仕事の作り方は ewp-P01 を併用する。

易83%難17%代表問題: 9709/42 M/J 2024 Q1(3点) / 9709/43 O/N 2024 Q1(4点)
PATTERN 11 · ewp-P09
10年で6問 · 単元内5%

段階に分かれる運動は、損失を1項として入れた収支で段階ごとの速さを出し、時間は区間ごとに等加速度公式で足す

Staged motion: put the energy loss in the balance stage by stage, then add the times from suvat

見分け方

高さ h から落とす・投げ上げる・水中に入る・地面に食い込むなど経路が段階に分かれ、「find the work done against air resistance」「it instantaneously loses 8 J of kinetic energy」「remains in contact with it after the impact」「find the total time taken」と問われる。

易33%標準50%難17%代表問題: 9709/41 M/J 2023 Q2(6点) / 9709/42 M/J 2023 Q1(3点)
PATTERN 12 · ewp-P13
10年で6問 · 単元内5%

抵抗が速さの式のときは DF=P/v を代入して v だけの方程式にし、未知定数も同じつりあいから決める

Speed-dependent resistance: substitute DF = P/v to get an equation in v alone, and fix the constants the same way

見分け方

抵抗が「kv N」「kv² N」「cv N」「(1000+20v) N」「(Av+B) N」のように速さ v の式で与えられ、「greatest possible speed」「maximum speed」「the steady speed at which …」「find this speed」「k を求めよ/示せ」「A と B を求めよ」と問われる。向きの区別=抵抗が v の式で、しかも求めるのが速さ側ならこの型。速さ(最大速度など)が数値で与えられていて求めるのがパワー・加速度・角度なら、その値を抵抗式に代入して数値にできるので ewp-P11/ewp-P12 で足りる。

標準33%難67%代表問題: 9709/41 O/N 2024 Q7(8点) / 9709/42 M/J 2024 Q4(7点)
PATTERN 13 · ewp-P01
10年で4問 · 単元内4%

変位と角をなす力の仕事は W=Fdcosθ で出し、摩擦がある面では先に垂直方向のつりあいで R を作る

Work of a force at an angle: W = Fd cos(theta), and get R from the perpendicular equilibrium before mu R d

見分け方

水平面や斜面の上で、進む向きから角 θ だけ傾いた向きの力(ひもの張力・押す力)が与えられ、その力のした仕事・角度 θ・パワーのどれかを問われる。「at an angle of 20° above the horizontal」「at an angle of 20° below the horizontal」「at an angle of 20° above a line of greatest slope」が合図で、摩擦係数 μ が一緒に与えられていたら垂直抗力を作る手順が加わる。運用ルール=変位と角をなす力の仕事そのものを問う小問(「Find the work done by the man」など)が1つでも含まれる問題は、後続の小問がエネルギー方程式(ewp-P04・ewp-P05)でも、この型を必ず併記する。

易50%標準50%代表問題: 9709/42 M/J 2025 Q1(4点) / 9709/43 O/N 2025 Q3(7点)
PATTERN 14 · ewp-P14
10年で2問 · 単元内2%

速さと加速度が違う2つの瞬間で式を2本立て、同じ P のまま連立して解く

Write the equation at two instants with the same power and solve them simultaneously

見分け方

同じパワー・同じ抵抗のまま2つの速さ(例 20 と 25 m s⁻¹)が与えられ、加速度の関係が「Bでの加速度はAでの0.5倍」「一方は 5a、他方は a」のように結び付けられている。パワーの値を show that させる型が多い。

標準50%難50%代表問題: 9709/43 M/J 2025 Q5(9点) / 9709/43 M/J 2023 Q4(7点)

運動量

Momentum · 10年間で35問 · パターン13種

PATTERN 01 · mom-P02
10年で7問 · 単元内20%

衝突後の向きが書かれていない=符号の組合せを全部立式し、物理的に不可能なケースを捨てて2つの答えを出す

Enumerate the sign combinations for the unstated post-collision directions, discard the impossible ones, and give both remaining answers

見分け方

「two possible values」「two possible speeds」「the greater of the two possible losses」と書かれていて、衝突後について与えられているのが「速さ(speed)」だけで向きが書かれていない型。条件が「2つの速さが等しい」「Qの速さはPの2倍」のように比だけのときも同じ。「一方の質量は他方の2倍」のように質量の割り当てが確定せず答えが2通りになる型も同じ扱いで、その鉛直投射版は P10 の手順で処理する。

易43%標準57%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q2(5点) / 9709/43 M/J 2025 Q1(5点)
PATTERN 02 · mom-P01
10年で4問 · 単元内11%

衝突後の向きが確定した直線衝突=正の向きを1つ決めて運動量保存の式を1本だけ立てる

Fix one positive direction and solve a single conservation-of-momentum equation when the post-collision directions are stated

見分け方

なめらかな水平面上で2粒子が正面衝突し、衝突後の運動の向きが問題文に書かれている型。「同じ向きに進み続ける」「反対の向きに動く」「Qは静止する」などの文があり、求めるものは速さ1つ、または質量1つ。two possible values とは書かれていない。

易100%代表問題: 9709/42 M/J 2022 Q1(5点) / 9709/42 F/M 2021 Q1(3点)
PATTERN 03 · mom-P12
10年で4問 · 単元内11%

斜面の加速度をニュートンの第2法則で作り、等加速度公式で衝突直前・直後の速さをつなぐ

Build the slope acceleration from Newton's second law and link the speeds before and after the collision with suvat

見分け方

斜面(なめらか/粗い)の上で2粒子が近づいて衝突する型。「released from rest」「projected up the line of greatest slope at …」と時間や距離が与えられ、衝突後の移動距離・時間・速さを問う。

標準25%難75%代表問題: 9709/41 O/N 2025 Q6(6点) / 9709/41 M/J 2022 Q7(9点)
PATTERN 04 · mom-P03
10年で3問 · 単元内9%

合体(coalesce)する衝突=衝突後を「合計質量×共通の速度」の1項にまとめて運動量保存を立てる

Set up momentum conservation for a coalescing collision with a single combined-mass term after impact

見分け方

「coalesce」「合体してひとつになって動く」「the combined particle」と書かれている衝突。衝突後の速度を表す文字が1つしか出てこないのが目印で、質量・初速・合体後の共通速度のどれかが未知になっている。

易100%代表問題: 9709/42 M/J 2025 Q2(4点) / 9709/41 O/N 2021 Q2(5点)
PATTERN 05 · mom-P07
10年で3問 · 単元内9%

衝突と衝突の間は等速直線とみなし、隙間÷相対速度で次の衝突までの時間を出す

Divide the remaining gap by the relative speed to time the next collision

見分け方

粒子どうしの距離(3 m、2.1 m、36 m と 98 m など)が与えられ、「Find the time that it takes … until P collides with the combined particle」「Find the time between the two collisions」のように時刻や所要時間が問われる型。面は smooth で、衝突と衝突の間は加速度0。

難100%代表問題: 9709/42 F/M 2025 Q5(7点) / 9709/42 M/J 2024 Q6(11点)
PATTERN 06 · mom-P10
10年で3問 · 単元内9%

鉛直線上で同時に動き出した2粒子の出会いを、各粒子が進む向きを正にした変位の式で解いて運動量保存につなぐ

Locate the mid-air meeting of two vertically moving particles by writing each displacement positive in its own direction, then apply conservation of momentum

見分け方

「At the same instant(同時に)」2粒子が鉛直線上で投射・落下し、はじめの高低差が数値で与えられ、途中で衝突する(collide/coalesce)と書かれている型。衝突の高さや時刻が問題文に与えられていないのが目印。

難100%代表問題: 9709/42 O/N 2025 Q4(9点) / 9709/42 O/N 2024 Q5(9点)
PATTERN 07 · mom-P05
10年で2問 · 単元内6%

連鎖衝突=1回ずつ運動量保存で解き、出た速度を次の衝突の初速として渡す

Solve a chain of collisions one at a time, feeding each result into the next

見分け方

3個以上の粒子が一直線上に静止していて1個が projected され、「After P and Q collide …」「Q now collides with R」のように衝突が順番に起こる型。途中の衝突で coalesce する場合や、質量が m の文字で与えられる場合も含む。ただし問われているのが速度・質量・KE損失だけで、距離・時刻・再衝突の有無が問われていない場合に限る。距離や時刻を問われたら P07、再衝突の有無や範囲を問われたら P06、KE損失が主題なら P04 が主のパターンで、そのとき1回ごとの衝突処理としてこの P05 の手順を下位手順として使う。

易100%代表問題: 9709/41 M/J 2023 Q1(4点) / 9709/43 M/J 2022 Q1(4点)
PATTERN 08 · mom-P06
10年で2問 · 単元内6%

衝突後の速度を符号つきで比べ、「向きが逆転した」「もう衝突しない」を不等式に直して範囲や限界値を出す

Turn a direction or no-further-collision condition into an inequality for the unknown

見分け方

「Show that there is another collision」「Given that there is no subsequent collision, find the greatest possible value of V」「the direction of motion of each particle is reversed」「hence show that m>4.5」「largest possible value of m」のように、条件が数値ではなく向き・順序で与えられている型。

標準50%難50%代表問題: 9709/43 O/N 2025 Q6(7点) / 9709/41 M/J 2021 Q3(6点)
PATTERN 09 · mom-P08
10年で2問 · 単元内6%

衝突後の条件文(両者静止・速さの差が2)を式に直し、運動量保存と連立して2つの速度を確定する

Combine momentum conservation with the stated post-collision condition to find both final velocities

見分け方

衝突後の速度が数値で与えられず、「両方とも静止する(come to rest)」「衝突後は同じ向きに動き、速さの差が 2 m s⁻¹」のように条件文で与えられる型。求めるのはふつう未知の初速の値や系のKE損失。

易50%標準50%代表問題: 9709/42 M/J 2023 Q2(4点) / 9709/41 O/N 2022 Q2(5点)
PATTERN 10 · mom-P13
10年で2問 · 単元内6%

高さが変わる区間はエネルギーで速さを作り、衝突をはさんで運動量保存とつないで損失を出す

Use energy conservation or the work-energy principle around the collision and join it to conservation of momentum

見分け方

円弧の面や高さの上下が絡んで加速度が一定でない型、あるいは摩擦の仕事・エネルギー損失(total loss of energy)が問われる型。「quarter circle」「smooth track in a vertical plane」「PE loss」が合図。

難100%代表問題: 9709/42 F/M 2023 Q7(13点) / 9709/43 O/N 2022 Q7(12点)
PATTERN 11 · mom-P04
10年で1問 · 単元内3%

運動エネルギーの損失=(衝突前の 1/2mv² の総和)−(衝突後の総和)を引き算で出す

Compute the kinetic energy loss as total KE before minus total KE after

見分け方

「loss of kinetic energy」「largest possible loss」「total loss of kinetic energy due to the two(three)collisions」「m J of kinetic energy is lost」と問われる小問。ふつうは直前の小問で衝突後の速度を求めた後に置かれ、配点は2〜5点。

難100%代表問題: 9709/42 M/J 2020 Q4(10点)
PATTERN 12 · mom-P09
10年で1問 · 単元内3%

与えられた運動量とKEの値を2本の方程式にして、質量・初速・衝突後の速度を逆算する

Treat the given momentum and kinetic energy as simultaneous equations to solve for the mass or the speed

見分け方

ふつうは答えになる量(運動量 4 N s、運動エネルギー 16 J、KE損失 25 J など)が条件として先に与えられ、質量や速度が未知になっている逆算型。衝突後の速度が w と 2w のように文字で与えられることが多い。

標準100%代表問題: 9709/41 M/J 2025 Q5(7点)
PATTERN 13 · mom-P11
10年で1問 · 単元内3%

衝突の高さと衝突直後の速度から、下向きを正に置き直して着地の速さ・着地時刻の差を出す

Track each particle after the collision down to the ground for the landing speed or the gap between landing times

見分け方

衝突が起こる高さが分かっていて(または前の小問で求めていて)、「地面に達したときの速さ」「2粒子が地面に達する時間の差」を問う型。「跳ね返らない(does not bounce)」と断ってあることが多い。

難100%代表問題: 9709/42 O/N 2023 Q5(8点)
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