問3 繰り返しおもりを落下させて回転翼で熱量計内の水をかき回したところ,熱量計内…
(1 ・2 のどちらか1 題を選び解答する) 熱について,問1 ~問5 に答えよ。 図の装置では,左右のおもりが落下するとき,回転軸に取り付けられた回転翼を回転させる。 回転軸に取り付けられた回転翼は熱量計内の水をかき回し,水の温度を上昇させる。おもりが落 下するときに重力がした仕事と水の温度上昇に使われた熱量の関係を確認することができる。 おもり 回転軸 熱量計 回転翼 図 物体の温度は,原子・分子の運動に深く関係している。物体を構成する原子・分子が,無秩序 に動き続けることを ア という。温度は ア の激しさを表すものである。温度の決め方 の中で,1 気圧のもと,水が氷になる温度を0 度,水が沸騰する温度を100 度とするものを イ という。
問3 繰り返しおもりを落下させて回転翼で熱量計内の水をかき回したところ,熱量計内の水の 温度は20.2 ℃から20.4 ℃に変化した。熱量計と熱量計内の水を合わせた熱容量が5000 J/K であるとき,水と熱量計が得た熱量の大きさとして適切なものを,次の1 ~4 のうちから一 つ選べ。
- 1 1000 J5000J毎ケルビン×0.2K=1000Jとなります。
- 2 2500 J温度変化を0.5Kとして計算した場合などに出る値です。差は0.2Kです。
- 3 4200 J水の比熱4.2をそのまま使った場合に出やすい値で、ここでは熱容量を使います。
- 4 8400 J温度変化や熱容量の取り方を誤ると出てくる値で、与えられた数値とは合いません。
解説
正解は1です。熱容量は、その物体全体の温度を1K上げるのに必要な熱量です。したがって得た熱量は、熱容量×温度変化で求められます。温度は20.2℃から20.4℃へ0.2K上がったので、5000×0.2を計算して1000Jとなります。比熱と違い、熱容量には質量がすでに含まれているので、質量をかけ直さない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_00005.htm)を加工して作成