問5 温度T0 の板Bに板Aを接触させる実験Ⅰについて新たに考える。2 枚の板の…
(1 ・2 のどちらか1 題を選び解答する) 熱やエネルギーに関する現象や実験について,問1 ~問5 に答えよ。 水を入れた鍋を火にかけたり,ストーブをつけたりすると,温められた水や空気が上昇し,熱 が全体に伝わる。このような液体や気体の移動を伴って熱が伝わることを A という。 一方で,たき火やストーブの前に立つと,体が温められる。このような電磁波によって熱が伝 わることを B という。 同じ質量で異なる材質の板A,板B,板Cがあり,各板の材質は,銀(比熱0.2),銅(比熱 0.4),ガラス(比熱0.8)のいずれかである。板Bと板Cの温度は等しくT0 で,T0 は板Aの温度 TA より低かった。 図は,板Bに板Aを接触させた場合(実験Ⅰ)と,板Cに板Aを接触させた場合(実験Ⅱ)とで, どのように板の温度の時間変化が異なるかを比べた実験結果である。実験ⅠまたはⅡにおいて, 接触させた2 枚の板が達した温度はT1 またはT2 であり,T1 < T2 となった。ただし,熱は接 触させた2 枚の板の間のみで移動するものとする。 実験Ⅰ(板Bに板Aを接触させた場合) 実験Ⅱ(板Cに板Aを接触させた場合) 時間 板B 板A 温度 TA T1 T0 O 時間 板C 板A 温度 TA T2 T0 O 図
問5 温度T0 の板Bに板Aを接触させる実験Ⅰについて新たに考える。2 枚の板の達する温度 が,図の温度T1 より低くなるようにするには,実験Ⅰの条件のうち何をどのように変えて から,板Bに板Aを接触させればよいか。その方法として最も適切なものを,次の1 ~4 の うちから一つ選べ。
- 1 板Aの温度TA を,より高くする。板Aの温度を上げると、到達する温度はかえって高くなります。
- 2 板Aを,より比熱の大きい材質の板にする。板Aの比熱を大きくすると、持っている熱量が増えて到達温度は上がります。
- 3 板Bの質量を,より大きくする。板Bの質量を増やすと熱容量が大きくなり、到達温度は低くなります。
- 4 板Bの熱容量を,より小さくする。板Bの熱容量を小さくすると、温度は上がりやすくなります。
この問題は問題の図(写真・図・表など)を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は3です。到達する温度を低くするには、低いほうの板Bが受け取れる熱量を大きくして、温度が上がりにくいようにします。質量を大きくすれば熱容量が大きくなるので、同じ熱量を受け取っても温度の上がり方が小さくなり、到達温度は下がります。板Aの温度を上げたり比熱を大きくしたりすると到達温度は上がり、板Bの熱容量を小さくしても同じく上がります。
出典:文部科学省ホームページ(https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00003.htm)を加工して作成