問3 図のように，摩擦のない斜面と摩擦のある水平面をなめらかにつなぎ，熱容量25…
問1 ～問3 に答えよ。
問3 図のように，摩擦のない斜面と摩擦のある水平面をなめらかにつなぎ，熱容量250 J/K の 物体を斜面上の点A から初速度0 m/s ではなすと，斜面を滑り降り水平面上で静止した。 物体が静止するまでに失った力学的エネルギーがすべて摩擦熱に変わり，その熱のすべてが 物体の温度上昇に用いられたとすると，物体の温度は何K 上昇するか。下の1 ～4 のうち から一つ選べ。ただし，水平面を基準とした点A での物体の重力による位置エネルギーの 大きさは1000 J であった。
水平面
- 1 1熱容量を1000J/Kとした場合などに出る値です。
- 2 2エネルギーを半分として計算した場合に出る値です。
- 3 3与えられた数値からは出てこない値です。
- 4 41000J÷250J/K＝4Kとなります。
解説
正解は4です。失われた力学的エネルギーがすべて熱に変わり、その熱がすべて物体の温度上昇に使われたとすると、温度上昇は、熱量を熱容量で割って求められます。物体が失った力学的エネルギーは、点Ａでの重力による位置エネルギー1000Jにあたるので、1000÷250を計算して4Kとなります。熱容量には質量が含まれている点に注意してください。
出典：文部科学省ホームページ（https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00002.htm）を加工して作成