物理'解答番号
(第１問

基１〜礎
１７)
*

次の問い（問１〜４）に答えよ。
（配点 １６）

問 １ ２０℃，熱容量１６０J/K の器に，８０℃，１６０g のスープを注いでしばらく待ったところ，全体の温度は等しくなった。その温度の値として最も適当なものを，次の!〜&のうちから一つ選べ。ただし，スープは均質であり，その比熱（比熱容量）は４．
０J/（g・K）とする。また，蒸発の影響や，スープおよび器と外部の間の熱の出入りは無視できるものとする。

１! ３２℃

" ５０℃

# ５６℃

$ ６０℃

% ６８℃

& ７２℃

― ４ ―

（２１０７―４）

物理基礎
問 ２ 床に静止している質量 m の小物体に，大きさ F の一定の力を加え続けて，小物体を鉛直上方に運動させた。この小物体が，床からの高さ h の点を通過したときの，小物体の運動エネルギーを表す式として正しいものを，次の!〜&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。

２!

"'$ （ F − mg ）hmgh#Fh% （ F ＋ mg ）h&(mF ２)― ５ ―（２１０７―５）

物理基礎
問 ３ モバイルバッテリーを直流電流で１６０秒間充電した。充電中の電流を電流計で測ると１．
０A で一定であった。この充電の間に電流計を通過した電気量は，電子何個分か。最も適当なものを，次の!〜&のうちから一つ選べ。ただし，電子'個あたりの電気量の大きさは１．
６×１０−１９ C とする。

３! １．
０×１０−２１ 個" ２．
６×１０−１７ 個# １．
０個

６×１０２ 個$ １．

% ３．
９×１０１６ 個& １．
０×１０２１ 個― ６ ―（２１０７―６）

物理基礎
問 ４ 白熱電球および LED 電球のエネルギー変換について考察した次の文章中の空欄

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

４電球が消費する電力量のうち，光エネルギーとして放出される量が占める割合を，電球の効率と呼ぶことにする。消費電力６０W，効率１０％ の白熱電球
が)時間点灯する間に放出する光エネルギーは，アWh である。また，同じ時間点灯する間に，この白熱電球と同じ大きさの光エネルギーを放出する，消費電力１５W の LED 電球の効率は，ア

イ!

６．
０４０"

６．
０６０#

２２４０$

２２６０%

５４４０&

５４６０'

６００４０

(

６００６０― ７ ―イ％ と見積もられる。

（２１０７―７）

物理基礎

第２問

ＡさんとＢさんが浮力に関する探究活動を行っている。後の問い（問１〜５）に答えよ。（配点 １８）

Ａさん：ばねはかりを買ったので，ジャガイモで浮力の実験をしてみよう。
Ｂさん：ジャガイモは水に沈むので，水より密度は大きいはずだね。
Ａさん：密度と浮力の関係を確認しておこう。

０×１０３ kg/m３，質 量１．
０kg の 物 体 が 水 中 に 完 全 に 沈 ん で い る と問 １ 密 度２．
き，物体にはたらく浮力の大きさはいくらか。最も適当なものを，次の!〜&のうちから一つ選べ。ただし，水の密度を１．
０×１０３ kg/m３，重力加速度の大きさを９．
８m/s２ とする。

５! ４．
９N

" ４．
９×１０３ N

# ９．
８N

$ ９．
８×１０３ N% ２．
０×１０１ N& ２．
０×１０４ N― ８ ―（２１０７―８）

物理基礎
Ａさん：糸でジャガイモをばねはかりにつるし，水を入れた計量カップに徐々に沈めてみよう。
Ｂさん：ジャガイモの下端 P の水面からの深さと，ばねはかりの値から，浮力の変化がわかるんじゃないかな？
Ａさん：そうだね。P が水面より上にあるときは深さを負の値とすればいいね。
せっかくなので計量カップの下にキッチンはかりを置いて実験してみようよ。

図!のようにＡさんとＢさんの二人は，水を入れた計量カップとジャガイモを用いて実験を行った。

ばねはかり

0

水面P

キッチンはかり図!

― ９ ―（２１０７―９）

物理基礎
ＡさんとＢさんは，結果を図*の二つのグラフにまとめて議論している。
$内の数(式および値のいずれか一つが入る。入れる数式および値を示す記号の組合せと

問 ２ 次の会話文中の空欄

ア・イには，それぞれ直後の#'して最も適当なものを，後の!〜)のうちから一つ選べ。ただし，糸の質量と体積は無視できるものとする。

６

Ａさん：ジャガイモが計量カップの底についていないとき，ジャガイモにはたらく力について考えてみよう。
Ｂさん：ジャガイモにはたらく力は浮力と重力と糸の張力だね。
Ａさん：浮力の大きさを F ，重力の大きさを W，張力の大きさを T とすると，ア!
+%+)F ＝ T ＋ W",
F ＝ T − W&の関係があるね。
,F ＝ W − T*

Ｂさん：図*の上のグラフから読み取るとジャガイモ全体が水に沈んだときの浮力の大きさは，約! ０．
１"+,% １．
０&N だね。
+,) １．
１*

イ!

"#$%&'()

ア











イ













― １０ ―（２１０７―１０）

物理基礎点 P が水面より上 点 P が水面より下1.2
ばねはかりの値
N1.00.80.60.40.20.0−4−20246810810

点 P の水面からの深さ cm

点 P が水面より上 点 P が水面より下

キッチンはかりの値

0.750.700.650.60

kg
0.55−4−20246

点 P の水面からの深さ cm
図!

― １１ ―（２１０７―１１）

物理基礎
Ａさん：図#の二つのグラフでは，キッチンはかりの値が大きくなるとばねはかりの値は小さくなるね。
Ｂさん：その関係をグラフで表してみよう。

問 ３ ばねはかりの値とキッチンはかりの値の関係を表すグラフとして最も適当なものを，次の!〜"のうちから一つ選べ。

Ǐ７

ǐ

Ǒ

ばねはかりの値

ばねはかりの値

ばねはかりの値

NNN

1.001.00.600.7

キッチンはかりの値 kg

ǒ1.00.600.7

キッチンはかりの値 kgǓ

ばねはかりの値

ばねはかりの値

ばねはかりの値

NN

01.00.60.7

キッチンはかりの値 kg

0.70.60.7

ǔN1.00.6

キッチンはかりの値 kg

01.00.60.7

キッチンはかりの値 kg― １２ ―0

キッチンはかりの値 kg（２１０７―１２）

物理基礎
Ａさん：図%の上のグラフを見ると，ジャガイモを水に沈めていく間は，ばねはかりの値の変化が直線的ではなく曲線になっているけど，なぜかな？
Ｂさん：横軸の目盛りが#〜'cm あたりのところだね。ジャガイモの形が関係しているのかもしれないね。
Ａさん：ジャガイモの代わりに，いろいろな形の物体で確かめてみればわかるね。

問 ４ 水より密度の大きい一様な材質でできたある形の物体をつるして，図$と同じような実験をした。すると，ばねはかりの値と点 P の水面からの深さとの関係を表すグラフが，次の図&のようになった。このとき，その物体とつるし方として最も適当なものを，後の!〜"のうちから一つ選べ。

８点 P が水面より上 点 P が水面より下

ばねはかりの値
00
点 P の水面からの深さ
図Ǐ球P&ǐǑǒ

円柱

円すい立方体PP
点 P は下面の中心 点 P は下面の中心糸の下端は上面の中心― １３ ―P

（２１０７―１３）

物理基礎$内の語句(のいずれか一つが入る。入れる語句を示す記号の組合せとして最も適当なもの

問 ５ 次の会話文中の空欄

ウ・にはそれぞれ直後の#'エを，後の!〜)のうちから一つ選べ。

９Ａさん：ジャガイモが計量カップの底について糸が緩んでいるときに，ジャガイモにはたらいている力はどうなっているのかな？
Ｂさん：ジャガイモにはたらく力は，計量カップの底からはたらく垂直抗力と!
+%
+)

ウ"
,
重力と浮力&だね。
,
重力と張力*
重力Ａさん：そうすると，ジャガイモに計量カップの底からはたらく垂直抗力は，水がない場合と比べると，エ!
+%
+)

"
,同じ大きさだ&ね。
,小さくなる *大きくなる!

"#$%&'()ウエ

― １４ ―（２１０７―１４）

物理基礎

第３問

空気中を伝わる音について，次の問い（問１〜６）に答えよ。ただし，風の影響は無視できるものとする。（配点 １６）

問 １ 音の速さに関する次の文章中の空欄

ア・イに入れる語と文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。

１０

気温が'℃ のときと３０℃ のときで，音の速さを比べると，３０℃ のときの方がア。また，気温'℃ と３０℃ で，同じ振動数の音の波長を比べると，イ。

アイ!

大きい

３０℃ のときの方が長い"

大きい

３０℃ のときの方が短い#

大きい同じ長さである$

小さい

３０℃ のときの方が長い%

小さい

３０℃ のときの方が短い&

小さい同じ長さである― １６ ―（２１０７―１６）

物理基礎
音の速さを三つの異なる方法で測定した。

問 ２ ,番目の方法として，太鼓とストップウォッチを用いて，次の手順で音の速さを測定した。
太鼓を持った A さんと，ストップウォッチを持った B さんが，１４０m 離れてグラウンドに立っている。B さんは，A さんが太鼓をたたくのを見てストップウォッチをスタートさせ，太鼓の音が聞こえたときにストップウォッチを止４２s だった。この測定値からめた。このとき，ストップウォッチの表示は０．
音の速さを有効数字-桁で表すとき，次の式中の空欄

１１〜１３に入れる数字として最も適当なものを，後の"〜!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。

１１． １２

×１０

１３m/s

"

,

#-$.

%/&0'

1(2)

3*

4!

+― １７ ―（２１０７―１７）

物理基礎問 ３ 問２で求めた音の速さは，教科書に書かれている式から求めた値よりも小さかった。A さんと B さんは，「その原因は測定時のストップウォッチの操作にあ る」と 考 え た。表+に 示 す，ス ト ッ プ ウ ォ ッ チ が ス タ ー ト し た 時 間 とストップした時間の組合せ 〜 から，原因として考えられるものをすべて選び，その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。

１４+

表
ストップウォッチがスタートした時間

ストップウォッチがストップした時間



太鼓をたたく前音が届いた後



太鼓をたたくと同時音が届く前



太鼓をたたくと同時音が届くと同時

太鼓をたたくと同時音が届いた後



太鼓をたたいた後音が届く前

"

と

#

と$

と%

と

&

と'

と(と)

と

*

と!

と― １８ ―（２１０７―１８）

物理基礎
問 ４ (番目の方法として，「ピッ」という音を一定の間隔で'分間に３００回出す装置（電子式メトロノーム）を使い，次の手順で音の速さを測定した。
まず，A さんと B さんは，それぞれメトロノームを持って集まり，その場所で二つのメトロノームから出る「ピッ」という音が同時に聞こえるようにした。次に，一つのメトロノームを持った A さんが，もう一つのメトロノームを持ってその場にとどまっている B さんから，ゆっくりと遠ざかっていった。すると，B さんには「ピッ」という音がずれて聞こえるようになった。やがて，A さんが B さんから７０m 離れたときに，再び B さんには二つのメトロ
ノームから出る「ピッ」という音が同時に聞こえた。この結果から求められる音の速さとして最も適当なものを，次の!〜&のうちから一つ選べ。

! ２８０m/s" ３００m/s# ３４０m/s$ ３５０m/s% ３７０m/s& ４２０m/s― １９ ―

１５（２１０７―１９）

物理基礎
問 ５ +番目の方法として，図)のような，水だめを上下させることでガラス管内の空気の部分（以下，これを気柱と呼ぶ）の長さを調節できる装置を用いて，次の手順で音の速さを測定した。
まず，ガラス管の上端の近くまで水面を上げた。次に，ガラス管の上で振動数５００Hz のおんさを鳴らし，水面を下げていき，気柱が共鳴する水面の位置を測定した。このとき，気柱がはじめて共鳴したときの水面の位置と*回目に共鳴したときの水面の位置は３４cm 離れていた。この結果から求められる音波の波長と，音の速さ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。

１６

おんさ
ガラス管

水だめ水面図)波長〔m〕

音の速さ〔m/s〕!

０．
１７３２０"

０．
１７３４０

#

０．
３４３２０$

０．
３４３４０%

０．
５１３２０&

０．
５１

３４０'

０．
６８３２０(０．
６８３４０― ２０ ―（２１０７―２０）

物理基礎
問 ６ 音波の特徴について説明した次の文章中の空欄

ウ・エに入れる

語と値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。
１７

ヒトの聴くことのできる音の振動数は，およそ２０Hz〜２００００Hz といわれており，この範囲よりも振動数の大きい音波を超音波という。超音波の波長は，ヒトの聴くことのできる音の波長より音波の波長は，室温でおよそウエウ。振動数が３４０００Hz の超である。

エ!

短い０．
１mm

"

短い)cm

#短い)m

$

短い０．
１km%

長い０．
１mm&長い)cm

'

長い)m

(長い０．
１km― ２１ ―（２１０７―２１）