物理基礎・物理

物理基礎・物理（全問必答）

第 １ 問 次の各問い（問 １ ～ ５ ）に答えよ。
〔 解答番号問１１～５〕（配点25）

時刻ゼロに地面から小球 A を速さ v 0 で鉛直上向きに発射させると同時に，高さ h の所から小球 B を静かに離して落下させた。空中で小球 A と B がすれ違う
場合，すれ違う時刻はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。
ただし，重力加速度は g とし，空気抵抗は無視できるとする。

①hv0②v0g③―2―2hg④

１2v 0g物理基礎・物理
問２

次の文章中の・アイ①～⑨のうちから一つ選べ。に入る語句の組合せとして正しいものを，下の２帯電していない軽い金属球が絶縁体の糸につるされている。金属球に帯電した棒を近づけると，金属球はけると，金属球は問３イア。棒を金属球に一旦接触させた後に再び近づ。

ア

イ

①

引き寄せられる

引き寄せられる②

引き寄せられる

反発して離れる③

引き寄せられる

何も反応しない④

反発して離れる

引き寄せられる⑤

反発して離れる

反発して離れる⑥

反発して離れる

何も反応しない⑦

何も反応しない

引き寄せられる⑧

何も反応しない

反発して離れる⑨

何も反応しない

何も反応しない

一郎選手（質量 ₈₀kg）が ₂7m の距離を一定の速度で走ったところ，3.6 秒かかった。このときの一郎選手の運動エネルギーと等しいエネルギーを使って 2.0kg の水を温めると，その水の温度は何度上昇するか。最も近いものを次の①～④のうちから一つ選べ。ただし，水の比熱を 4.2J/（gK）とし，水に加えられたエネルギーは水を温める以外には使われないものとする。
①9.1 × 1₀ − 7②

3.6 × 1₀ − ₂―3―③

0.27

３

K
④

2.7 × 1₀₂

物理基礎・物理

第 ２ 問 次の文章を読み，各問い（問 １ ～ ５ ）に答えよ。
〔 解答番号１～５〕（配点25）

図 1 のように長さ L の二つの斜面を接続し，上の斜面の上端から質量 m の小物体を速さ v 0（ v 0 ＞ ₀ ）で斜面に沿って滑らせる。ただし，重力加速度の大きさを g ，小物体と二つの斜面との間の動摩擦係数をいずれもμ（μ＜ 1 ）とし，空気抵抗は無視する。
また，下の斜面と水平面のなす角と，上の斜面と鉛直面のなす角を，いずれもθとする（ ₀ ＜θ＜ 9₀°）
。また，二つの斜面の継ぎ目（点 A とする）は滑らかで，ここを通過することが速さに与える影響は無視できるほど小さく，小物体が空中に跳ねることもないものとする。

小物体（質量＝m ）L θLAθ

図問１B

1

小物体が点 A に到達する以前に止まらないようにするために満たされるべき条件は何か。最も適当なものを，次の①～④のうちから一つ選べ。

１①v 0 > 2Lg（μ− 1）sinθ

②v 0 > 2Lg（μ− 1）cosθ

③v 0 > 2Lg（μsinθ− cosθ）④v 0 > 2Lg（μcosθ− sinθ）

22―6―22

物理基礎・物理問２問 １ で求めた条件が満たされているとき，小物体が点 A に到達するまでに重力と摩擦力が小物体に対してする仕事の和はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。

２①Lgm（cosθ−μsinθ）②Lgm（1 −μ）sinθ

③Lgm（sinθ−μcosθ）④Lgm（1 −μ）cosθ

問３

問 １ で求めた条件が満たされているとき，点 A を通過する瞬間の小物体の速さ
va はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。 va ＝

問４

①v 0 ＋ 2Lg（ 1 −μ）cosθ

②v 0 ＋ 2Lg（ 1 −μ）sinθ

③v 02 ＋ 2Lg（ sinθ−μcosθ）④v 02 ＋ 2Lg（ cosθ−μsinθ）

2３

2

問 １ で求めた条件が満たされているとき，小物体が上の斜面の上端で滑り始めてから下の斜面の下端（点 B とする）に達するまでの間に，重力と摩擦力が小物体に対してする仕事の和はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。

４①Lgm（1 −μ）② 2Lgm（1 −μ）cosθ③Lgm（1 −μ）（sinθ＋ cosθ）④

問５2Lgm（1 −μ）sinθ

問 １ で求めた条件が満たされているとき，点 B に到達した瞬間の小物体の速さ
vb はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。 vb ＝

５①v 0 ＋ 2Lg（ 1 −μ）②v 0 ＋ 2Lg（ 1 −μ）（ sinθ＋ cosθ）③v 02 ＋ 4Lg（ 1 −μ）sinθ

④v 0 ＋ 4Lg（ 1 −μ）cosθ

2―7―22物理基礎・物理

第 ３ 問 次の文章を読み，各問い（問 １ ～ ５ ）に答えよ。
〔 解答番号１５～〕（配点25）

電池の起電力 E と内部抵抗 r を知るために，図 1 のような回路を組み，可変抵抗の値を変えながら電流計と電圧計の値を読み，それをグラフにプロットしたところ図 ₂のようになった。電流計の内部抵抗および，電圧計を通る電流は無視できるとする。
電流計Ar

図

電圧値［V］

V110987600.20.40.6

電 流 値［A］
図―8―₂0.8

電圧計可変抵抗電池

E物理基礎・物理
問１

電池の起電力 E はいくらか。最も適当なものを，次の①～⑤のうちから一つ選１べ。
①問２V②₅③1₀④1₅⑤₂₀₂₅

電池の内部抵抗 r はいくらか。最も適当なものを，次の①～⑤のうちから一つ２選べ。
①問３0.05Ω②③1.8④₅⑤₂₀₄₅

可変抵抗の抵抗値が電池の内部抵抗 r と同じとき，可変抵抗の消費電力は式で３どう表されるか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。

①2Er

2②Er

2③―9―2E2r④2E4r

物理基礎・物理問４

図 3 のように，同じ起電力 E と内部抵抗 r を持つ電池 ₂ 個を並列（b），あるいは直列（c）につないだとき，抵抗 R に流れる電流は電池 1 個の場合（a）と比較してどうなるか。その組合せとして正しいのものを，次ページの①～④のうちから一つ選べ。

４（a）

（b）
電池
電池

E E

E E

電池
電池

電池
電池

r r

R R

r r

r r

E E

電池
電池

E Er r

R R
電池
電池

E Er r

（c）

電池

Er

RR
電池

Er

図― 10 ―

3

物理基礎・物理問５

並列つなぎ

直列つなぎ

①

大きい

₂ 倍より大きい②大きい

₂ 倍よりは小さい③小さい₂ 倍より大きい④

小さい₂ 倍よりは小さい

図 ₄ のように，電池 1（起電力 E 1，内部抵抗 r 1 ）と電池 ₂（起電力 E 2 ，内部抵抗r 2 ）を並列に抵抗 R につないだとき，電池 ₂ を流れる電流がちょうどゼロとなる条件はどうなるか。正しいものを，下の①～④のうちから一つ選べ。
E2＝
E1

５

電池

E1

電池

E21r12r2R

図①RR ＋ r1②R
R ＋ r2

₄③― 11 ―R ＋ r1R④R ＋ r2R

物理基礎・物理

第 ４ 問 次の文章を読み，各問い（問 １ ～ ５ ）に答えよ。
〔 解答番号１～５〕（配点25）

容器とピストンを用意して単原子分子理想気体を閉じこめた。容器とピストンは断熱的だが，容器内には電熱器と冷却器があり，気体を加熱したり冷却したりできる。
この装置を用いて，図 1 に示した過程Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳを繰り返して気体の状態を変化させた。なお，図 1 の縦軸と横軸はそれぞれ容器内の気体の圧力（p ）と体積（V ）を表す。また，過程Ⅰと過程Ⅲを表す線はそれぞれ横軸と縦軸に対して平行である。過程
Ⅱと過程Ⅳは等温変化である。

p（Pa）
ⅢC
1.0×10 5OⅡB

ⅣⅠ

2.0 3.0
図問１A6.0V （m3）

1

過程Ⅰを実現するために必要な操作の説明として最も適当なものを，次の①～③のうちから一つ選べ。

１①容器内の気体を加熱する必要がある。

②

容器内の気体を冷却する必要がある。

③

容器内の気体の加熱や冷却は行ってはならない。

― 12 ―

物理基礎・物理
問２

過程Ⅱを実現するために必要な操作の説明として最も適当なものを，次の①～③のうちから一つ選べ。

２①容器内の気体を加熱する必要がある。

②

容器内の気体を冷却する必要がある。

③

容器内の気体の加熱や冷却は行ってはならない。

問３

過程Ⅲを実現するために必要な操作の説明として最も適当なものを，次の①～③のうちから一つ選べ。

３①

容器内の気体を加熱する必要がある。

②

容器内の気体を冷却する必要がある。

③

容器内の気体の加熱や冷却は行ってはならない。

問４

過程Ⅳを実現するために必要な操作の説明として最も適当なものを，次の①～③のうちから一つ選べ。

４①

容器内の気体を加熱する必要がある。

②

容器内の気体を冷却する必要がある。

③

容器内の気体の加熱や冷却は行ってはならない。

問５

図 1 に示した三つの状態 A，B，C における気体の体積がそれぞれ 6.0m3，3.0m3，2.0m3 であり，状態 A における気体の圧力が 1.0 × 1₀₅ Pa であるとする。
さらに，過程Ⅱで容器内の気体になされる仕事は 1.2 × 1₀₅ J，過程Ⅳで気体がする仕事は 6.6 × 1₀₅ J である場合，図 1 のサイクルを熱機関とみなした時の熱効率はいくらか。最も近いものを，次の①～④のうちから一つ選べ。
①0.11

②0.22

③― 13 ―

0.33④

５0.44