物 理 基 礎%解答番号&第１問

１〜

１７'(次の問い（問１〜４）に答えよ。
（配点 １６）

問 １ 次の文章中の空欄

ア・イに入れる数値の組合せとして最も適当なものを，次ページの!〜"のうちから一つ選べ。

１

図#のように，隣りあって平行に敷かれた線路上を，$台の電車（電車 A とB）が，反 対 向 き に 等 速 直 線 運 動 を し な が ら す れ ち が う。電 車 A と B の 長さは，それぞれ，５０m と１００m であり，電車 A と B の速さは，それぞれ，１０m/s と１５m/s で あ る。電 車 A に 対 す る 電 車 B の 相 対 速 度 の 大 き さ は
アm/s である。また，電車 A の先頭座席に座っている乗客の真横に，電車 B の先頭が来てから電車 B の最後尾が来るまでに要する時間はイsである。

乗客

10 m/s

電車 A

50 m
15 m/s

電車 B

100 m
最後尾

先頭
図

#― ４ ―（２１０７―４）

物理基礎!

"#$%&'(ア))

１０

１０

１５

１５

２５２５

イ２０

３０

１０１５

６．
７

１０

４．
０６．
０

― ５ ―（２１０７―５）

物理基礎
問 ２ 図%のように，質量 m のおもりに糸を付けて手でつるした。時刻 t ＝#でおもりは静止していた。おもりが糸から受ける力を F とする。鉛直上向きを正として，F が図&のように時間変化したとき，おもりはどのような運動をするか。#＜ t ＜ t１ の区間$，t１ ＜ t ＜ t２ の区間%，t２ ＜ t の区間&の各区間において，運動のようすを表した次ページの文の組合せとして最も適当なものを，次ページの!〜"のうちから一つ選べ。ただし，重力加速度の大きさを gとし，空気抵抗は無視できるものとする。

２Fm
図%Fmg

区間１tt2t1O

区間２
図

区間３&― ６ ―（２１０７―６）

物理基礎
ａ

静止している。

ｂ

一定の速さで鉛直方向に上昇している。

ｃ

一定の加速度で速さが増加しながら鉛直方向に上昇している。

ｄ

一定の加速度で速さが減少しながら鉛直方向に上昇している。

区間(区間)

区間*!

ａｂａ"

ａｂｄ#

ａｃａ$

ａｃｂ%

ｂｃａ&ｂｃｂ'ｂｃｄ― ７ ―（２１０７―７）

物理基礎
問 ３ 図$のように，鉛直上向きに y 軸をとる。小球を，y ＝#の位置から鉛直上向きに投げ上げた。この小球は，y ＝ h の位置まで上がったのち，y ＝#の位置まで戻ってきた。小球が上昇しているときおよび下降しているときの，小球の y 座標と運動エネルギーの関係は，次ページのグラフ，，の実線のうちそれぞれどれか。その組合せとして最も適当なものを，次ページの!〜"のうちから一つ選べ。ただし，グラフ中の破線は y ＝#を基準とした重力による位置エネルギーを表している。また，空気抵抗は無視できるものとする。
３yhO
図$― ８ ―（２１０７―８）

物理基礎
⒜

⒝

エネルギー

エネルギー

h

OyO

hy⒞
エネルギー

運動エネルギー
位置エネルギー

hOy

上昇中

下降中!



"



#$



%

&



'

()



― ９ ―（２１０７―９）

物理基礎
問 ４ 縦波について説明した次の文章中の空欄

ウ・エに入れる式と記号の組合せとして最も適当なものを，後の!〜(のうちから一つ選べ。
４図)の*のように，振動していない媒質に等間隔に印をつけた。この媒質中を，ある振動数の連続的な縦波が右向きに進んでいる。ある瞬間に，媒質につけた印が図)の+のようになった。ただし，破線は*と+の媒質上の同じ印を結んでいる。また，媒質が最も密になる位置の間隔は L であった。
そのあと，再び初めて+のようになるまでに経過した時間が T であるならば，縦波が媒質中を伝わる速さはウである。

また，+の a，b，c，d のうちエの部分では，媒質の変位はすべて左向きである。

Lacb図d)!

"#$%&'(ウLTLTLTLTLTLTLTLTエabcdabcd― １０ ―（２１０７―１０）

物理基礎第２問Ａ

次の文章（Ａ・Ｂ）を読み，後の問い（問１〜４）に答えよ。（配点 １６）

容器に水と電熱線を入れて，水の温度を上昇させる実験をした。ただし，容器
かくはんと電熱線の温度上昇に使われる熱量，攪拌による熱の発生，導線の抵抗，および，外部への熱の放出は無視できるものとする。また，電熱線の抵抗値は温度によらず，水の量も変化しないものとする。

問 １ 図)のように，異なる*本の電熱線 A，B を直列に接続して，それぞれを同じ量で同じ温度の水の中に入れた。接続した電熱線の両端に電圧をかけて水をゆっくりと攪拌しながら，しばらくしてそれぞれの水の温度を測ったと
ころ，電熱線 A を入れた水の温度の方が高かった。

直流電源

電熱線 A

電熱線 B図)このとき，次のア〜ウの記述のうち正しいものをすべて選び出した組合せとして最も適当なものを，後の!〜(のうちから一つ選べ。

５ア

電熱線 A を流れる電流が電熱線 B を流れる電流より大きかった。

イ

電熱線 B の抵抗値が電熱線 A の抵抗値より大きかった。

ウ

電熱線 A にかかる電圧が電熱線 B にかかる電圧より大きかった。

!

ア"

イ#

ウ

$

アとイ%

イとウ&

アとウ'

アとイとウ

(正しいものはない― １２ ―（２１０７―１２）

物理基礎問 ２ 図)のように，別の異なる)本の電熱線 C，D を並列に接続して，それぞれを同じ量で同じ温度の水の中に入れた。接続した電熱線の両端に電圧をかけて水をゆっくりと攪拌しながら，しばらくしてそれぞれの水の温度を測ったところ，電熱線 C を入れた水の温度の方が高かった。

直流電源

電熱線 C

電熱線 D図)このとき，次のア〜ウの記述のうち正しいものをすべて選び出した組合せとして最も適当なものを，後の!〜(のうちから一つ選べ。

６ア

電熱線 C を流れる電流が電熱線 D を流れる電流より大きかった。

イ

電熱線 D の抵抗値が電熱線 C の抵抗値より大きかった。

ウ

電熱線 C にかかる電圧が電熱線 D にかかる電圧より大きかった。

!

ア"

イ

#

ウ

$

アとイ%

イとウ&

アとウ

'

アとイとウ

(正しいものはない― １３ ―（２１０７―１３）

物理基礎
Ｂ

ドライヤーで消費される電力を考える。ドライヤーの内部には，図'のように，電熱線とモーターがあり，電熱線で加熱した空気をモーターについたファンで送り出している。ドライヤーの電熱線とモーターは，１００V の交流電源に並列に接続されている。ドライヤーを交流電源に接続してスイッチを入れると，ドライヤーからは温風が噴き出した。ただし，モーターと電熱線以外で消費される電力は無視できるものとする。

電熱線ファン
モーター

スイッチ

交流電源へ
図

'

問 ３ ドライヤー全体で消費されている電力 P，電熱線で消費されている電力P h，モーターで消費されている電力 P m の関係を表す式として最も適当なものを，次の!〜$のうちから一つ選べ。

７!

P＝Ph ＋ Pm&"

P ＝ Ph ＝ Pm#%%%＝＋PPhPm$

P ＝ Ph ＋ Pm

― １４ ―（２１０７―１４）

物理基礎
問 ４ 電熱線の抵抗値が１０Ω のドライヤーを-分間動かし続けるとき，電熱線で消費される電力量は何 J か。次の式中の空欄

８・９に入れる数字として最も適当なものを，次の"〜!のうちから一つずつ選べ。ただし，同じものを繰り返し選んでもよい。また，ドライヤーの電熱線の抵抗値は，温度によらず一定であるとする。電力量は，交流電源の電圧を１００V として直流の場合と同じように計算してよい。
８．

×１０５ J

９"

,

#-$.

%/&0'1(2)3*4!

+― １５ ―（２１０７―１５）

物理基礎

第３問

次の文章は，演劇部の公演の一場面を記述したものである。王女の発言は科学的に正しいが，細工師の発言は正しいとは限らないとして，後の問い（問１〜３）に答えよ。（配点 １８）

王女役と細工師役が，図!のスプーン A とスプーン B についての言い争いを演じている。

王細工師

女

スプーン A スプーン B
100.0 g100.0 g

純金製
図

王

純金製か？
!

女：ここに純金製のスプーン（スプーン A）と，あなたが作ったスプーン（スプーン B）があります。どちらも質量は１００．
０g ですが，色が少し異なっているように見え，スプーン B は純金に銀が混ぜられているという噂があります。

細工師：いえいえ，スプーン B は純金製です。純金製ではないという証拠を見せてください。

王女は，スプーン B が純金製か，銀が混ぜられたものかを判別するために，スプーン A と B の物理的な性質を実験で調べることにした。

― １６ ―（２１０７―１６）

物理基礎
問 １ 次の文章中の空欄

１０を，それぞれの直後の#'〜１２に入れる語句として最も適当なもの$で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。
(王女はスプーン A とスプーン B の比熱（比熱容量）を比較するために次の実験を行った。スプーン A とスプーン B を温度６０．
０℃ にして，それぞれを温０℃ の水２００．
０g に入れたところ，以下の温度で熱平衡になった。ただ
度２０．
し，熱のやりとりはスプーンと水の間だけで行われるとする。

王●

スプーン A を水に入れた場合：２０．
６℃●

スプーン B を水に入れた場合：２０．
７℃

女：この結果からスプーン A とスプーン B の比熱は異なっており，スプーン B の方が比熱が１０!!
%)"

大きい"
&ことがわかります。
小さい*ですから，スプーン B は純金製ではありません！

細工師：いえいえ，この実験で温度の違いが０．
１℃ というのは，同じ温度のようなものです。どちらも純金製ですよ。

細工師の主張に対して，もしこの実験における水の量を
１１!!
%)"

水の温度差を#半１２倍"&にしていれば，あるいは，水に入れる前のスプーンと分*!!
%)"

大きく"
&していれば，実験結果の温度の違いをよ小さく*

り大きくできたであろう。しかし，王女はそこまでは気が付かなかった。

― １７ ―（２１０７―１７）

物理基礎
問 ２ 次の文章中の空欄

１３を，それぞれの直後の!
#王〜１５に入れる語句として最も適当なもの"で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。
$

女：ならば，スプーン A とスプーン B の密度を比較すれば，スプーン Bが純金製かどうかわかるはずです。

スプーン A とスプーン B を軽くて細いひもでつなぎ，軽くてなめらかに回転できる滑車にかけると，空気中では，図!"のようにつりあって静止した。
次に，このままゆっくりとスプーン A とスプーン B を水中に入れたところ，図!#のように，スプーン A が下がり容器の底についた。ただし，空気による浮力は無視できるものとする。

水

スプーン A
スプーン A

スプーン B

スプーン B図!

― １８ ―（２１０７―１８）

物理基礎
王女：スプーンを水中に入れたとき，図$%のようになった理由は，スプー
ン B にはたらく重力の大きさは，スプーン A にはたらく重力の大きさ

１３!!
'#"
'%#よりも大きく，"(よりも小さく，$(と同じであり，&

スプーン B にはたらく浮力の大きさは，スプーン A にはたらく浮力の大きさ

!!
'#"
'%#

１４よりも大きい"(よりも小さい$ためです。
(と同じである&こ の こ と か ら，ス プ ー ン B の 体 積 は ス プ ー ン A の 体 積 よ り も１５!!
#%"

大きく，"
$スプーン A とスプーン B の密度が違うこ
小さく，&とがわかります。
つまり，スプーン B は純金製ではありません！

細工師：これは，スプーン A とスプーン B の形状が少し違うから…。

細工師は何か言いかけたところで言葉に詰まった。

― １９ ―（２１０７―１９）

物理基礎
問 ３ 次の文章中の空欄 １６ ・ １７ に入れるものとして最も適当なもの"
を，直後の!
# $で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。
女：ならば，スプーン A とスプーン B の電気抵抗 R を測定して，さらに王はっきりと判別してみせましょう。

王女はスプーン A から針金 A を，スプーン B から針金 B を，形状がいずれも断面積

S ＝２．
０×１０−８ m２

長l ＝１．
０mさとなるように作製した。この針金の両端に電極をとりつけ，両端の電圧 V と流れた電流 I の関係を調べた。破線を針金 A，実線を針金 B として，その実験結果を図!に示す。

1針金 A
電流I 0.5
A
針金 B

00.5
電圧 V V
図1!

― ２０ ―（２１０７―２０）

物理基礎
王女：図&の 結 果 を 見 て み な さ い。針 金 A と 針 金 B の 電 気 抵 抗 は ま っ
た く 違 い ま す。こ の 結 果 か ら，針 金 B の 電 気 抵 抗 R は お よ そ

１６!!
''"
#'#'
%$

４．
１×１０−１ Ω"((２．
４Ω$であることがわかります。また，そ４．
１Ω
((２．
４×１０１ Ω &の抵抗率 ρ を，ρ と R の間の関係式１７!
% l "'! ρ ＝ R S ('('(%S'" ρ ＝(R l ('#$を用いて求めると，その値は資料集に'l ('# ρ ＝ R S ('('(S'$ ρ ＝ R(l &%記載された金の抵抗率と明らかに違うことがわかります。一方，針金A の抵抗率を計算すると金の抵抗率と一致します。ですから，針金 Bは純金製ではありません！

細工師があわてて逃げ出したところで幕が下りた。

― ２１ ―（２１０７―２１）