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）

図 1 のようなバネ仕掛けの装置で高さ H の場所から水平にボールを射出した
ところ，ボールの初速は ve ，着地するまでに飛んだ水平距離は Le だった。同じ装置を月へ運び，同じボールで同様の実験（射出前に縮めるバネの長さも射出時の高さ（＝ H ）も同じ）を行うと，ボールの初速 v m と着地するまでに飛ぶ水平距離
Lm はそれぞれどうなるか。その組合せとして正しいものを，下の①～⑨のうち1から一つ選べ。ただし，月では地球と比べて重力が ― 倍になるものとし，地面₆の凹凸，摩擦，空気抵抗は無視する。 １（地球上）HLe
図1v m（初速）Lm（水平距離）

①ve

Le

②6 ve

Le③6v eLe④ve

6 Le⑤6 ve

6 Le⑥6v e6 Le⑦ve

6Le

⑧6 ve

6Le

⑨6ve

6Le―2―③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理問２

次の a ～ e のうちから光の性質に関する記述として誤っているものを，下の①～⑥のうちから一つ選べ。

２a光は，波としての性質を持ち，干渉や回折という現象を示す。

b

光のエネルギーは，その波長の逆数に比例する。

c

光は，粒子としての性質を持ち，この性質は，光電効果により確認できる。

d光は電荷をもたない。

e

光が媒質 1 から媒質 ₂ に入ったとき屈折するのは，二つの媒質中での光の速度が異なるためである。

①問３②a③b④cd⑤e⑥なし

図 ₂ のように，コイルを検流計につなぎ，コイルの輪の面に対して垂直の方向に棒磁石をすばやく動かす。このとき，検流計の針の振れる方向が一つだけ他と異なる棒磁石の動かし方はどれか。正しいものを，下の①～④のうちから一つ選べ。

３Ｓ

棒磁石
Ｎ

コイル検流計図

₂①

磁石の N 極をコイルの上側から遠ざける②磁石の N 極をコイルの下側から遠ざける③

磁石の S 極をコイルの上側から遠ざける④

磁石の S 極をコイルの下側から近づける―3―物理基礎・物理
問４

さまざまな物質に同じ熱量を与えたとしても，物質の熱容量の違いによって温度の変化量は異なる。その関係をグラフで表すと図 3 の a ～ c のどれになるか。
ただし，問題としている温度変化の範囲で，それぞれの物質の熱容量は一定であるとする。また，鉄は水より熱しやすいと言われるが，同じ質量の鉄と水を比較すると熱容量の大きいのはどちらか。それぞれの解答の組合せとして正しいものを，下の①～⑥のうちから一つ選べ。

４

温度の変化量［K］

abc0

熱容量［ J/K］

図3グラフ

熱容量の大きい方①a鉄②a水③b鉄④b

水⑤c

鉄⑥c

水―4―③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理問５

速さ ₂₀ m/s で水平に飛んできた質量 0.15kg のボールをバットで打ち返した
ところ，図 ₄ のようにボールが飛んできた軌道とのなす角が ₆₀°の方向へ速さ₂₀ m/s で飛んでいった。ボールがバットから受けた力積の大きさはいくらか。正しいものを，下の①～④のうちから一つ選べ。ただし， 3 ＝ 1.7 とする。

60°

①₀ kg・m/s②

図₄3.0 kg・m/s③―5―3.5 kg・m/s④5.1 kg・m/s

５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，なめらかな水平面上を質量 mA の物体 A と質量 mB の物体 B が，それぞれ速度 vA と vB で同じ方向に等速直線運動している。物体 A が物体 B に衝突し，それぞれの速度が v'A と v'B となった。物体 A と物体 B の衝突における反発係数を 1 とする。

物体 A

物体 BvAmA

図問１

次の文章中の空欄

a・b1に当てはまる語・語句の組合せとして正しいものを，下の①～⑥のうちから一つ選べ。
衝突の反発係数が 1 より，この衝突は
bvBmBa１である。また，この衝突ではも成り立つので，衝突後のそれぞれの速度が v'A と v'B を求めることができる。
ab①

非弾性衝突

質量保存の法則②

非弾性衝突

運動量保存の法則③

非弾性衝突

面積速度一定の法則④

弾性衝突

質量保存の法則⑤

弾性衝突

運動量保存の法則⑥

弾性衝突

面積速度一定の法則―6―

③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理問２

衝突後の速度 v'A と v'B の組合せとして正しいものを，次の①～⑤のうちから一つ選べ。

①②③④２v'Av'B（mA － mB ）vA ＋ mBvB

mAvA ＋（mA － mB ）vB

mA － mB

mA ＋ mB

mAvA ＋（mA － mB ）vB（mA － mB ）vA ＋ mBvB

mA ＋ mB

mA － mB（mA － mB ）vA ＋ 2mBvB

2mAvA －（mA － mB ）vB

mA ＋ mB

mA ＋ mB

2mAvA －（mA － mB ）vB（mA － mB ）vA ＋ 2mBvB

mA ＋ mB

mA ＋ mB

m（vB A ＋ vB ）m（vA A ＋ vB ）mA ＋ mB

mA ＋ mB⑤問３mA ＝ mB のとき，衝突後の速度 v'A と v'B の組合せとして正しいものを，次の①～⑤のうちから一つ選べ。

３v'Av'B①1― vB
21― vA
2②1― vA
21― vB
2③vBvA④vAvB⑤1―（v ＋ vB ）2 A

1―（vA ＋ vB ）2―7―

物理基礎・物理問４

次の文章中の空欄

c～eに入るものの組合せとして正しいものを，下の①～⑥のうちから一つ選べ。ただし，ここでは速度 vA と vB は同程度の大きさとする。

４mB
mA に比べて mB が十分小さいときは m ≒ ₀ となりcの速度の大きさはmA
衝突によりd 。逆に，mA に比べて mB が十分大きいときは m ≒ ₀ とな
Bり cの速度の大きさは衝突によりe 。
Aｃde

①A

大きくなる

小さくなる

②A

小さくなる

大きくなる

③A

大きくなる

ほとんど変化しない

④B

大きくなる

小さくなる

⑤B

小さくなる

大きくなる

⑥B

大きくなる

ほとんど変化しない―8―

③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理問５

次の文章中の空欄

・fgに当てはまるものの組合せとして正しいものを，下の①～⑥うちから一つ選べ。

５

反発係数が ₀ の場合も考えてみる。反発係数が ₀ なら，AとBの衝突はなり，衝突後，A と B は 1 体となって速度fgの等速直線運動を行う。

gmAvA ＋ mBvB

①

非弾性衝突

②

非弾性衝突

③弾性衝突

④弾性衝突

⑤

完全非弾性衝突⑥

完全非弾性衝突mA ＋ mB
mAv 2A ＋ mBv 2B
mA ＋ mB
mAvA ＋ mBvB
mA ＋ mB
mAv 2A ＋ mBv 2BmA ＋ mB―9―fmAvA ＋ mBvB
mA ＋ mB
mAv 2A ＋ mBv 2B
mA ＋ mBと

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１～５〕（配点25）

一定の起電力 V（V ＞ ₀ ）の直流電源，互いに等しい四つの抵抗 R（R ＞ ₀ ），三つのスイッチ A ，B ，C を含む図 1 のような回路を考える。ただし，四つの抵抗 R 以外の箇所の電気抵抗は無視する。

AX

BYC

図
問１

1

全てのスイッチが開いているとき，図 1 中に示した点 X を流れる電流はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選べ。

①

問２

②0V4R

③VR

１④4V
R

スイッチ A ，C は開いたままで，スイッチ B が閉じているとき，図 1 中に示した点 X を流れる電流はいくらか。正しいものを，次の①～④のうちから一つ選２べ。

①0②

V
4R

③― 10 ―

V
R④4V
R

③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理問３

図 1 中の Y の抵抗で生じるジュール熱を最小にするには，スイッチ A ，B ，Cをどのようにすればよいか。その組合せとして正しいものを，次の①～⑧のうちから一つ選べ。ただし，このとき図 1 中の Y の抵抗で生じる単位時間あたりのジュール熱を Q 0 とする。

３スイッチ A

問４スイッチ B

スイッチ C

①開

く開

く開

く

②

閉じる

開

く開

く

③開

く閉じる

開

く

④開

く開

く閉じる

⑤開

く閉じる

閉じる

⑥

閉じる

開閉じる

⑦閉じる

閉じる

開

⑧閉じる

閉じる

閉じる

くく

図 1 中の Y の抵抗で生じるジュール熱を最大にするには，スイッチ A ，B ，Cをどのようにすればよいか。その組合せとして正しいものを，問 ３ の①～⑧のうちから一つ選べ。ただし，このとき図 1 中の Y の抵抗で生じる単位時間あたりのジュール熱を Q 1 とする。

4Q1はいくらか。正しいものを，次の①～⑤のうちから一つ選べ。
Q0

問５①1②₂③₄― 11 ―④1₆⑤5₃₂物理基礎・物理

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

１～５〕（配点25）

図 1 のように，一定の速さ v で遠ざかる音源から振動数 f の音波が放出されているときに，点 O に静止している受信器で観測する音について考える。
音源が点 A に来た瞬間に出された音の波面は一定の音速 V で進み，時間 t で点O に達する。その時間 t の間に音源は点 A から点 B まで進む。また時間 t の間に音源の音波発生部は f t 回振動して f t 個の波（ 1 波長分を 1 個の波とかぞえている）を放出する。したがって，点 O，B の間に f t 個の波が存在することになるので，音源から点 O に向かう音波の波長はる場合の波長に比べて点 O で受信すると振動数

受信器

イアと表される。これは音源が静止してい。このような波長の音波が速さV で点Oに届くので，ウの音として観測される。

音源

音速 V

Ov

AVt

Bvt

図― 12 ―

1

③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理問１

前ページの文章中の空欄

・アイに入る文字式・語の組合せとして正１

しいものを，次の①～⑥のうちから一つ選べ。
ア①f（V ＋ v ）長い②f（V ＋ v ）

短い

③V＋vf

長い

④V＋vf

短い

長い

短いf⑤V＋vf

⑥

問２V＋v

ウ

前ページ文章中の空欄のうちから一つ選べ。

①V＋vf
Vイ②に入る文字式として正しいものを，次の①～④２V
fV＋v③― 13 ―V－v
fV④VfV－v

物理基礎・物理
図 ₂ のように，点 O に静止した音源から振動数 f の音波が放出されているとき

Bに，一定の速さ v で音源から遠ざかる受信器で観測する音について考える。
受信器が点 A に来た瞬間に同時に点 A に到達した音の波面はそのまま一定の音速
V で時間 t の間に点 C まで進む。このとき点 A ，C の間に存在する音波は，時間 tの間に点 A を通過したものである。点 A ，C の間には f t 個の波が存在する。同じ
時間 t の間に受信器は点 A から点 B まで進む。点 A ，C 間に存在する音波のうち点B，C間に存在するものだけが受信器を時間 t の間に通過したものである。したがっエて，単位時間の間に個の波が受信器で観測されることになる。

音速 V

受信器

音源v

OABCVtvt

図

問３エ

上の文章中の空欄
ちから一つ選べ。

３V＋v
f
V

②

①₂に入る文字式として正しいものを，次の①～④のうV
f
V＋v③― 14 ―

V－v
f
V

④VfV－v

③物理基礎・物理／再校

物理基礎・物理
図 3 のように，点 O に静止した音源から振動数 f の音波を放出し，一定の速さ v

Cで音源から遠ざかる物体に当て，物体からはね返ってくる音波を点 O の受信器で観測する。音速 V は一定とする。物体からはね返ってくる音については，物体で観測される音の振動数と同じ振動数で物体から音波が発せられると考えればよい。前ページの文章 A ，B で導いたことを利用すると，点 O の受信器で観測される音の振オ

動数 f ' はと表される。

音をはね返す物体v
受信器

音源

音速 VOA
図問４

ちから一つ選べ。

４V－v
fV＋v

②

①

問５オ

上の文章中の空欄

B3に入る文字式として正しいものを，次の①～④のうV＋v
fV－v

③2Vf2
V －v2

④

V 2－v2
f2
V

点 O の音源から出る音波の振動数 f が 5 × 1₀₆ Hz ，音速 V が 15₀₀ m/s，物体が音源から遠ざかる速さ v が 3 cm/s のとき，点 O の受信器で観測される音の振動数 f ' と元の振動数 f の差 | f ' － f | はだいたいどのくらいになるか。最も適当なものを，次の①～④のうちから一つ選べ。
①₂ × 1₀₂ Hz②₂ × 1₀3 Hz③― 15 ―

５₂ × 1₀₄ Hz④₂ × 1₀5 Hz