センター2016物理基礎追試第３問Ｂ「いろいろなエネルギー」

物理が苦手な文子

問題の設定を図で描いてみたわ。

物理が得意な秀樹

いいね。物体のもつ重力による位置エネルギーは、3,600mの分だけ増加したということだよね。

物理が苦手な文子

重力による位置エネルギーは、 $U=mgh$ だから、

$\begin{eqnarray*}U&=&60\times 9.8 \times 3600\\&=&2116800\\&\fallingdotseq&2.1\times 10^6\end{eqnarray*}$

物理が得意な秀樹

計算は合ってるよ。細かいところまで計算したみたいだけど、選択肢を見ると、 $2.2\times 10^5$ か、 $2.1\times 10^6$ のどちらかなので、10の何乗か、という桁数だけ分かれば選択肢は絞れるんだね。

物理が苦手な文子

そうか、それでいいのか。選択肢を先に見ておくのも大切ね。

物理が得意な秀樹

次は、このエネルギーを電気エネルギーに変換するとどうなるか、っていう問題だね。

物理が苦手な文子

消費電力が60Wとしか与えられていないわよね。計算できるの？

物理が得意な秀樹

入試問題だからね、計算できるよ。

物理が苦手な文子

ん～・・・電力って、 $P=IV$ よね。これとさっき求めた重力による位置エネルギーとのつながりが全く分からないわ。

物理が得意な秀樹

確かになかなか難しいところだね。この分野は単位に着目すると、つながりが分かるときがあるわよ。例えば、ワットWって、力学でも出てきたでしょ？

物理が苦手な文子

あー仕事率の単位がワットWだったわね。

物理が得意な秀樹

そうそう。じゃあ、仕事率って何？

物理が苦手な文子

単位時間あたりにする仕事よね。仕事÷時間で求めるでしょ。

物理が得意な秀樹

いいね。仕事の単位は何？

物理が苦手な文子

ジュールJね。エネルギーと同じ単位よね。

物理が得意な秀樹

つまり、単位だけ考えると「W=J/s」なんだよ。電力も同じで、「消費電力が60W」ということは、1秒間に60Jのエネルギーを消費するっていうことなんだ。

物理が苦手な文子

そうか。60W=60J/sっていうことね。

物理が得意な秀樹

重力による位置エネルギーと電力とのつながりが見えてきたかな？

物理が苦手な文子

ということは、さっき求めたエネルギーを60Wで割ると、何秒点灯するかが求められて、その「秒」を「時間」に直せばいいのね。

$\begin{eqnarray*}t&=&60\times 9.8\times 3600\times\frac{1}{60}\times\frac{1}{3600}\\&=&9.8\end{eqnarray*}$

物理が得意な秀樹

正解！選択肢で一番近いのは10時間なので、答えは⑤だね。次は問４。

物理が得意な秀樹

原子の構造ってだいたいこんな感じなんだけど、

物理が得意な秀樹

これでもまだ原子核は大きいくらいで、本当はもっと小さいんだよね。

物理が苦手な文子

へーそうなんだ。

物理が得意な秀樹

まぁそこはこの問題では関係がないんだけど、その小さな原子核をさらに見てみると、こんな感じになっているんだ。

物理が苦手な文子

それは知ってるわ。陽子と中性子でできているのよね。陽子は正の電荷を持っているから、[　ウ　]の空欄には「陽子」、[　エ　]の空欄には「中性子」が入るわね。

物理が得意な秀樹

合ってるよ。あとは最後の空欄だ。

物理が苦手な文子

「核子」って何？

物理が得意な秀樹

問題文にも書いてあるけど、陽子や中性子のことだね。原子核を構成しているので「核子」っていう名前なんだね。

物理が苦手な文子

じゃあ、「核子の個数」っていうのは、陽子と中性子の個数ということ？

物理が得意な秀樹

そういうことだね。

物理が苦手な文子

それじゃあ、陽子と中性子の個数の和は「質量数」っていうから、答えは「質量数」ね。

物理が得意な秀樹

正解だ！答えは①だね。