物 理 基 礎&解答番号'

第１問

１〜

１６

()

次の問い（問１〜４）に答えよ。
（配点 １６）問 １ 図%のように，なめらかな水平面上に箱 A，B，C が接触して置かれている。箱 A を水平右向きの力で押し続けたところ，箱 A，B，C は離れることなく，右向きに一定の加速度で運動を続けた。このとき，箱 A から箱 B にはたらく力を f１，箱 C から箱 B にはたらく力を f２ とする。力 f１ と f２ の大きさの関係についての説明として最も適当なものを，後の!〜$のうちから一つ選べ。ただし，図中の矢印は力の向きのみを表している。

BA
力１C
f2f1

図%!

f１ の大きさは，f２ の大きさよりも小さい。

"

f１ の大きさは，f２ の大きさよりも大きい。

#

f１ と f２ の大きさは等しい。

$

f１ の大きさは，最初は f２ の大きさよりも小さいが，しだいに大きくなりf２ の大きさと等しくなる。

― ４ ―（２６０７―４）

物理基礎
問 ２ ばね定数の異なる軽いばね A と B がある。図(のように，それぞれのばねの一端を天井に取り付け，もう一方の端に質量 m のおもりを取り付けた。すると，ばね A は自然の長さから a だけ伸びたところで，ばね B は自然の長さから(a だけ伸びたところで，それぞれつりあいの状態になっておもりが静止した。

AB
自然の長さ

自然の長さ
a2a図

(

このとき，ばね B の弾性力による位置エネルギーは，ばね A の弾性力による位置エネルギーの何倍か。その値として最も適当なものを，次の!〜&のうちから一つ選べ。

２倍!

'("!(
(#$!(%(& )― ５ ―'（２６０７―５）

物理基礎
問 ３ 次の文章中の空欄

ア・イに入れる式と語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。

３

図%のように，なめらかに動くピストンのついた容器に気体が閉じこめられている。最初，容器内の気体と大気の温度は等しい。気圧が一定の部屋の中でこの容器の底をお湯につけると，容器内の気体が膨張し，ピストンが押し上げられた。この間に，容器内の気体が受け取った熱量 Q と容器内の気体がピストンにした仕事 W′の間にはという関係がある。Q ＝ W′とならない

アのは，容器内の気体の内部エネルギーがイするためである。

ピストン気体容器%

図アイ!

Q ＜ W′

増加"

Q ＜ W′減

少#Q ＞ W′

増加$

Q ＞ W′

減少― ６ ―（２６０７―６）

物理基礎
問 ４ 次の文章中の空欄

ウ・エに入れる数値と語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

ギターのある弦の基本振動数を１１０Hz に調律したい。ここでは，図+のような+倍振動を生じさせ，+倍音を利用して調律を行う。

図+

この弦の+倍音（以下，この音をギターの音とよぶ）を鳴らし，おんさの発生する４４０Hz の音と比べると，ギターの音の高さの方が少し低かった。また，
ギターの音とおんさの音を同時に鳴らすと，)秒あたり*回のうなりが聞こえた。このとき，ギターの音の振動数は

ウ

Hz である。

次に，)秒あたりのうなりの回数が減っていくように弦の張力を調節する。
弦の張力の大きさが大きいほど，弦を伝わる波の速さは大きくなるので，弦の張力の大きさを少しずつエしていけばよい。うなりが聞こえなくなったとき，ギターの音とおんさの音の振動数が一致し，この弦の基本振動数は１１０Hz になる。

ウエ!

４３２

小さく

"

４３２

大きく

#

４３８

小さく

$

４３８

大きく

%

４４２

小さく

&

４４２

大きく

'

４４８

小さく

(４４８大きく― ７ ―（２６０７―７）

物理基礎

第２問

小球の運動についての後の問い（問１〜５）に答えよ。ただし，空気抵抗は無視できるものとする。（配点 １８）
図'は，ある初速度で水平右向きに投射された小球を，０．
１s の時間間隔で撮影
１m のものさしが水平な向きと鉛直な向きした写真である。壁には目盛り間隔０．に固定されている。

図'

問 １ 水平に投射されてからの小球の水平方向の位置の測定値を，右向きを正とし１s ごとに表'に記録した。表'の空欄に入れる，時刻０．
３s における測て０．
定値として最も適当なものを，後の!〜%のうちから一つ選べ。
表'

時刻〔s〕

&

０．
１

０．
２

位置〔m〕

&

０．
３９! ０．
３９

" ０．
７８５０．
４

０．
５

０．
７８

１．
５６

１．
９５

# ０．
９７

$ １．
１７― ８ ―

０．
３% １．
３７（２６０７―８）

物理基礎
問 ２ 鉛直方向の運動だけを考えよう。このとき，小球の鉛直下向きの速さ v と時刻 t 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。

６Ǐǐvv

OtO

Ǒ

ǒvv

OtO― ９ ―tt（２６０７―９）

物理基礎
問 ３ 次の文章中の空欄

７を，それぞれの直後の#'・８に入れる記述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。
(

図%の水平投射の実験を実験ア，初速度の大きさを実験アより大きくして水平投射させた実験を実験イ，初速度の大きさを実験アより小さくして水平投射させた実験を実験ウとよぶ。同じ質量の三つの小球を使って実験ア，実験イ，実験ウを同じ高さから同時に行い，三つの小球を水平な床に到達させた。このとき，７!!
++"%+#+)$",実験イの小球が最も早く,&床に到達した。
実験ウの小球が最も早く,,実験ア，実験イ，実験ウの小球が同時に*実験アの小球が最も早く

また，床に到達したときの速さを比べると，力学的エネルギー保存の法則より，８!!
++"%+#+)$",実験イの小球の速さが最も大きい。
,&実験ウの小球の速さが最も大きい。
,,実験ア，実験イ，実験ウの小球の速さはすべて等しい。*
実験アの小球の速さが最も大きい。

― １０ ―（２６０７―１０）物理基礎
次に，同じ質量の二つの小球 A，B を用意した。図(のように，水平な床を高さの基準面として，小球 A を高さ h の位置から初速度'で自由落下させると同時に，小球 B を床から初速度 V０ で鉛直に投げ上げたところ，小球 A，B は同時に床に到達した。

初速度 0小球 Ah

初速度 V 0

小球 B

床

鉛直投げ上げ自由落下
図(

問 ４ V０ を，h と重力加速度の大きさ g を用いて表す式として正しいものを，次の!〜&のうちから一つ選べ。V０ ＝

９!

h" g"

g" h#!gh$h２g"%g２h"&gh"(― １１ ―（２６０７―１１）

物理基礎
問 ５ 次の文章中の空欄

ア・イを，後の!〜)のうちから一つ選べ。に入れる式の組合せとして正しいもの
１０

床に到達する時点での小球 A，B の運動エネルギー K A，K B の大小関係は，計算をせずとも以下のように調べられる。
小球 B の最高点の高さを h B とする。運動を開始してから床に到達するまでの時間は小球 A，B で等しいことから，h と h B の大小関係はアであることがわかる。小球が最高点から床に達する間に失った重力による位置エネル
ギーは，床に到達する時点で運動エネルギーにすべて変換されるので，K A とK B の大小関係はイであることがわかる。

アイ!

h ＝ hBKA ＞ KB"h ＝ hB

KA ＜ KB#h ＝ hB

KA ＝ KB$h ＜ hB

KA ＞ KB%h ＜ hBKA ＜ KB&h ＜ hBKA ＝ KB'h ＞ hB

KA ＞ KB(h ＞ hB

KA ＜ KB)h ＞ hBKA ＝ KB― １２ ―（２６０７―１２）

物理基礎

第３問

発電および送電についての後の問い（問１〜４）に答えよ。（配点 １６）

授業で再生可能エネルギーについて学んだ。家の近くに風力発電所（図'）があるので見学に行き，風力発電について探究活動を行った。

図問 １ 次の文章中の空欄

１１・'１２に入れる語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。

風力発電は，空気の１１エネルギーを利用して風車を回し，それに接続された発電機で電気エネルギーを得る発電である。再生可能エネルギーによる発電には，風力発電以外に，水力発電や太陽光発電などもある。太陽光発電
は，太陽電池を用いて１２エネルギーを直接，電気エネルギーに変換する発電である。

!

力学的"

熱$

光%

化

学

― １４ ―#

電&核（原子力）

気（２６０７―１４）

物理基礎
図(は，見学した風力発電機'機の出力（電力）と風速の関係を表したグラフである。

出力 kW
252015105O510
図15風速 m/s(

問 ２ 次の文章中の空欄 １３ に入れる値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選べ。
' (日本の一般家庭の'日の消費電力量はおよそ１８kWh である。常に１０m/s〜１５m/s の風が吹き続けていると仮定すると，図(の風力発電機'機が'日に発電する電力量は，日本の一般家庭の'日の消費電力量のおよそ

１３

!! ０．
１０倍"+,+" ０．
２４倍,+,+# １．
０倍,%&に相当する電力量である。
+$ ２．
４倍,+,+%１０倍,+,)&
２４倍*― １５ ―（２６０７―１５）

物理基礎
さらに電力やエネルギーに関心をもったため，発電所から家庭までの送電について調べたところ，図!に示すようなしくみで送電されていることがわかった。発電所から送電線に電力を送り出す際の交流電圧を V，送電線を流れる交流電流を I，送電線の抵抗を r とする。ただし，V や I は交流の電圧計や電流計が表示する電圧，電流であり，これらを使うと交流でも直流と同様に消費電力が計算できるものとする。

一般家庭

交流発電所

変圧器

変圧器

IVr
送電線

図!

― １６ ―（２６０７―１６）

物理基礎
問 ３ 次の文章中の空欄
それぞれの直後の#'

１４・１５に入れる値として最も適当なものを，$で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。
(発電所から電力を送り出すとき，送電線の抵抗 r によって生じる電力損失（発熱による損失）を小さく抑えたい。たとえば，この電力損失を１０−６ 倍にするためには，I を１４!! １０−６ 倍"+,+" １０−３ 倍,%&にすればよい。このとき，発電所か+# １０３ 倍,+,)$ １０６ 倍*ら同じ電力を送り出すためには，V を１５!! １０−６ 倍"+,+" １０−３ 倍,%&にしなければ+# １０３ 倍,+,)$ １０６ 倍*ならない。

― １７ ―（２６０７―１７）

物理基礎
発電所で発電された交流の電圧は，変圧器によって異なる電圧に変換される。その電力は送電線によって遠方に送電される。図#は変圧器の基本構造の模式図である。

鉄心V1V2N1N2

一次コイル

二次コイル
#

図

問 ４ 次の文章中の空欄

ア・イに入れる語句と式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変圧器の一次コイルに交流電流を流すと，鉄心の中に変動する磁場（磁界）が発生し，アによって二次コイルに変動する電圧が発生する。

理想的な変圧器では，変圧器への入力電圧が V１ であるとき，変圧器からの出力電圧 V２ は，一次コイルの巻き数を N１，二次コイルの巻き数を N２ とすると，V２ ＝イで表される。

― １８ ―（２６０７―１８）

物理基礎
アイ!

右ねじの法則N２V１! N１"

右ねじの法則N２V１N１#右ねじの法則N１V１! N２$

右ねじの法則N１V１N２%

電磁誘導

N２V１! N１&

電磁誘導

N２V１N１'

電磁誘導

N１V１! N２(電磁誘導

N１V１N２― １９ ―（２６０７―１９）