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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。

 

王女役と細工師役が、図1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。

図 1

王女: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。

 

(問1)
次の文章中の空欄1012に入れる語句として最も適当なものを、それぞれの直後の{ }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、それぞれを温度 20.0℃ 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 ① 大きい ② 小さい ことがわかります。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 ① 2倍 ② 半分 にしていれば、あるいは、水に入れる前のスプーンと水の温度差を12 ① 大きく ② 小さく していれば、実験結果の温度の違いをよ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。

 

(問2)qO4O8

(問3)qO4O9

#共テ22本試物理基礎

(問1)

60℃ からの変化量が小さかったのはスプーンBの方だから、スプーンBの方が熱を蓄えやすいということであり、比熱10 ① 大きい ということです。

また、
水が多い場合は水の影響が大きいだろうし、

水が少ない場合はスプーンの影響が大きいはずなので、

双方が熱平衡に達したときの温度差は、水の量を11 ② 半分 にしたときの方が大きいです。(スプーンの影響が出やすい)

そして、
スプーンと水の温度差が小さいときと、

大きいときとを比べれば、

熱平衡に達したときのスプーンA側とスプーンB側の温度差が大きいのは、スプーンと水の温度差が大きいとき、であろうから、12の答えは ① 大きく です。(たとえば上図だったら 20.05℃ と 20.06℃ というような差しか出ず、下図だったら 25.0℃ と 26.0℃ というような差が出たりする)