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Ibaraki Entrance Science practice questions

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First 50 of 200 questions. Each one lists the choices, the correct answer, and an explanation. The checker at the top of this page saves progress in this browser when it is available.

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Question 1Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

なめらかな水平面上で物体が静止している。この物体にはたらく水平方向の2つの力について、つり合いが成り立つ条件として最も適切なものはどれか。

  1. 2つの力の大きさが等しく、向きが反対で同じ一直線上にあること。 Correct answer.
  2. 2つの力の大きさが異なり、向きが反対であること。
  3. 2つの力の合力の大きさが、それぞれの力の大きさの和になること。
  4. 2つの力の大きさが等しく、同じ向きであること。

Explanation

物体が静止し続けるとき、はたらく力の合力は0になっている。2つの力だけがはたらく場合のつり合いの条件は、大きさが等しく、向きが反対で、同じ一直線上にあることである。合力が0になるので、物体の運動の状態は変化しない。

Question 2Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

電気抵抗が20Ωの電熱線に0.30Aの電流を流した。この電熱線にかかる電圧はいくらか。

  1. 60V
  2. 20.3V
  3. 6.0V Correct answer.
  4. 0.015V

Explanation

電圧V、電流I、抵抗Rの間にはオームの法則 V = R × I が成り立つ。20Ω × 0.30A を計算すると6.0Vになる。抵抗が一定なら、電流を大きくするほど必要な電圧も大きくなる。

Question 3Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

質量2.0kgの小球を、地面から高さ5.0mの位置から静かに落とした。空気の抵抗はないものとし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとして、小球が地面に達する直前の速さはいくらか。

  1. 10m/s Correct answer.
  2. 50m/s
  3. 20m/s
  4. 5.0m/s

Explanation

空気の抵抗がなければ、小球のもつ位置エネルギーはすべて運動エネルギーに変わる。mgh = (1/2)mv² より v² = 2gh となり、v = √(2 × 10 × 5.0) = 10m/s である。質量mは両辺から消えるので、速さは小球の質量には関係しない。

Question 4Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

質量20kgの物体を、ゆっくりと2.0mの高さまで持ち上げるのに4.0秒かかった。100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとすると、このときの仕事率はいくらか。

  1. 100W Correct answer.
  2. 160W
  3. 400W
  4. 40W

Explanation

物体を持ち上げる仕事は、力の大きさ200Nに距離2.0mをかけて400Jである。仕事率は仕事を時間で割った値なので、400J ÷ 4.0s = 100W となる。同じ仕事でも時間が短いほど仕事率は大きくなる。

Question 5Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

走行中の電車が急ブレーキをかけると、乗客の体が進行方向へ傾く。この現象の説明として正しいものはどれか。

  1. 乗客の体の質量が、ブレーキの瞬間に小さくなるから。
  2. 乗客の体に、進行方向と同じ向きの力が新たにはたらくから。
  3. 乗客の体に慣性があり、そのまま運動を続けようとするから。 Correct answer.
  4. 乗客の体に、進行方向と逆向きの力だけがはたらくから。

Explanation

物体は、力がはたらかないかぎり今の運動の状態を保とうとする。これを慣性といい、電車が減速しても乗客の体は前へ進み続けようとするため、体が進行方向へ傾く。前向きの新しい力が加わっているわけではない点に注意する。

Question 6Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

電力1200Wのドライヤーを100Vの電源につなぎ、5分間使用した。このとき消費した電力量は何Jか。

  1. 3.6×10³J
  2. 3.6×10⁵J Correct answer.
  3. 2.4×10⁵J
  4. 6.0×10³J

Explanation

電力量Jは、電力Wに使用時間の秒をかけて求める。5分は300秒なので、1200W × 300s = 3.6×10⁵J である。電力量をWhで表すなら、1200W × (5/60)h = 100Wh となり、3600をかけると同じ値になる。

Question 7Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

コイルに棒磁石を近づけたり遠ざけたりすると、コイルに誘導電流が流れた。この誘導電流を大きくする方法として適切なものはどれか。

  1. 棒磁石を動かす速さを遅くする。
  2. コイルの巻き数を少なくする。
  3. 棒磁石をコイルから遠い位置で動かす。
  4. 棒磁石を動かす速さを速くする。 Correct answer.

Explanation

電磁誘導で流れる誘導電流の大きさは、コイルを通る磁界の変化が激しいほど大きくなる。したがって磁石を速く動かすと、単位時間あたりの磁界の変化が大きくなり、誘導電流も大きくなる。巻き数を増やすことも誘導電流を大きくする方法である。

Question 8Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

摩擦や滑車の質量を無視できる動滑車を使い、質量12kgの物体を2.0m持ち上げる。100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとするとき、ひもを引く力の大きさと、ひもを引く長さの組み合わせとして正しいものはどれか。

  1. 120N、1.0m
  2. 60N、4.0m Correct answer.
  3. 60N、2.0m
  4. 120N、4.0m

Explanation

動滑車を使うと、物体にはたらく重力120Nは2本のひもで支えられるので、引く力はその半分の60Nになる。そのかわり、物体を2.0m上げるにはひもを2倍の4.0m引く必要がある。力は半分になるが、仕事の大きさは120N × 2.0m = 240Jで変わらない。

Question 9Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

電力500Wの電熱線を10分間通電して水を温めたところ、水が得た熱量は1.8×10⁵Jであった。このときのエネルギー変換の効率は何%か。

  1. 83%
  2. 60% Correct answer.
  3. 17%
  4. 30%

Explanation

電熱線が消費した電力量は、500W × 600s = 3.0×10⁵J である。水が得た熱量はそのうちの1.8×10⁵Jなので、効率は 1.8×10⁵ ÷ 3.0×10⁵ × 100 = 60% となる。残りのエネルギーは空気中へ逃げた熱などとして失われている。

Question 10Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

200gの水の温度を20℃から60℃まで上げるのに必要な熱量はいくらか。水1gの温度を1℃上げるのに必要な熱量を4.2Jとする。

  1. 1.7×10⁴J
  2. 8.4×10³J
  3. 6.7×10⁴J
  4. 3.4×10⁴J Correct answer.

Explanation

熱量Jは、質量g × 温度変化℃ × 比熱J/(g・℃) で求められる。温度変化は60℃ − 20℃ = 40℃なので、200g × 40℃ × 4.2J/(g・℃) = 3.36×10⁴J となり、約3.4×10⁴Jである。質量や温度差が2倍になれば、必要な熱量も2倍になる。

Question 11Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

自転車が900mの道のりを3分間で走った。この自転車の平均の速さは何m/sか。

  1. 300m/s
  2. 15m/s
  3. 5m/s Correct answer.
  4. 3m/s

Explanation

速さは「道のり÷時間」で求める。時間の単位を秒にそろえると3分は180秒なので、900m÷180s=5m/sとなる。道のりと時間の単位を必ず一致させてから計算する。

Question 12Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

2つの物体を近づけたとき、互いに退け合う（反発する）ことがある。このとき、2つの物体がもつ電気について正しい説明はどれか。

  1. 一方が正の電気、他方が負の電気を帯びている。
  2. どちらも電気を帯びていない。
  3. どちらも同じ種類の電気を帯びている。 Correct answer.
  4. 一方だけが電気を帯びている。

Explanation

同じ種類の電気どうし（正と正、負と負）は退け合い、異なる種類の電気どうし（正と負）は引き合う。退け合うのは同じ種類の電気を帯びている場合である。電気を帯びていない物体どうしでは力ははたらかない。

Question 13Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

1本の導線に電流を流すと、導線のまわりに磁界ができる。電流の向きだけを逆にしたとき、導線のまわりの磁界はどうなるか。

  1. 磁界の向きが逆になる。 Correct answer.
  2. 磁界の向きは変わらず、強さだけが弱くなる。
  3. 磁界はできなくなる。
  4. 磁界の向きは変わらず、強さだけが強くなる。

Explanation

直線を流れる電流がつくる磁界の向きは、電流の向きによって決まる（右ねじの法則）。電流の向きを逆にすると、磁界の向きも逆向きになる。磁界の強さは電流の大きさや導線からの距離で決まり、向きを変えても強さは変化しない。

Question 14Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

物体に、互いに直角な向きに6Nと8Nの2つの力がはたらいた。この2つの力の合力の大きさは何Nか。

  1. 14N
  2. 2N
  3. 7N
  4. 10N Correct answer.

Explanation

直角に交わる2つの力の合力は、2つの力を2辺とする長方形の対角線で表される。三平方の定理を用いると√(6²+8²)=√100=10Nとなる。2つの力が同じ向きなら和の14N、逆向きなら差の2Nになる。

Question 15Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

4Ωの抵抗と12Ωの抵抗を並列につないだ。この部分全体の合成抵抗は何Ωか。

  1. 48Ω
  2. 16Ω
  3. 3Ω Correct answer.
  4. 8Ω

Explanation

並列回路では、合成抵抗の逆数が各抵抗の逆数の和になる。1/4+1/12=3/12+1/12=4/12=1/3なので、合成抵抗は3Ωである。並列では合成抵抗は最も小さい抵抗の値よりさらに小さくなる。

Question 16Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

質量が同じ2つの物体A、Bがあり、Aの速さはBの速さの2倍である。Aの運動エネルギーはBの運動エネルギーの何倍か。

  1. 8倍
  2. 変わらない
  3. 4倍 Correct answer.
  4. 2倍

Explanation

運動エネルギーは、質量が同じであれば速さの2乗に比例する。速さが2倍になると、2×2=4となり、運動エネルギーは4倍になる。質量が2倍になった場合は運動エネルギーも2倍になる。

Question 17Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

磁界の中に導線を置いて電流を流すと、導線が力を受けて動いた。電流の向きだけを逆にしたとき、導線にはたらく力の向きはどうなるか。

  1. 磁界と平行な向きになる。
  2. 力ははたらかなくなる。
  3. もとの向きと逆向きになる。 Correct answer.
  4. もとの向きと同じになる。

Explanation

磁界の中を流れる電流が受ける力の向きは、電流の向きと磁界の向きの両方によって決まる（フレミング左手の法則）。電流の向きだけを逆にすると、力の向きも逆になる。磁界の向きを逆にした場合も力の向きは逆になる。

Question 18Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

ジェットコースターの台車が、最高点で止まった状態からモーターを使わずに斜面を下りはじめた。空気の抵抗や摩擦はないものとする。台車の速さが大きくなっていく理由として最も適切なものはどれか。

  1. 位置エネルギーが運動エネルギーに変わるから。 Correct answer.
  2. 台車の質量が小さくなるから。
  3. 台車にはたらく重力が大きくなるから。
  4. 運動エネルギーが位置エネルギーに変わるから。

Explanation

高い位置にある物体は、重力による位置エネルギーをもっている。下降すると高さが減って位置エネルギーが小さくなり、その分が運動エネルギーに移り変わるため速さが増していく。摩擦がなければ、力学的エネルギーの総量は一定に保たれる。

Question 19Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

電源装置に、2Ωの抵抗と、4Ωの抵抗と12Ωの抵抗を並列にした部分を直列につないだ回路がある。電源の電圧を10Vとすると、12Ωの抵抗に流れる電流は何Aか。

  1. 1.5A
  2. 0.25A
  3. 2.0A
  4. 0.5A Correct answer.

Explanation

並列部分の合成抵抗は1/(1/4+1/12)=3Ωである。直列につながる2Ωと合わせると回路全体の抵抗は5Ωになり、全体を流れる電流は10V÷5Ω=2Aとなる。並列部分には2A×3Ω=6Vの電圧がかかるので、12Ωを流れる電流は6V÷12Ω=0.5Aである。

Question 20Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

同じ電圧の電源に、抵抗の値が異なる2本の電熱線P（4Ω）とQ（8Ω）を並列につなぎ、同じ時間だけ電流を流した。発熱量について正しいものはどれか。

  1. PのほうがQより大きい。 Correct answer.
  2. QのほうがPより大きい。
  3. 抵抗の値だけでは決まらない。
  4. PとQは等しい。

Explanation

並列につなぐと2本の電熱線には同じ電圧がかかる。電力は「電圧×電流」で求められ、電流は抵抗が小さいほど大きくなるので、抵抗の小さいPのほうが電力が大きい。同じ時間だけ電流を流したときの発熱量は電力に比例するため、Pのほうが大きくなる。

Question 21Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

導線を流れる電流の向きについて、日本の中学校理科で用いる約束として正しいものはどれか。

  1. 電流の大きさが変わると向きも必ず逆になる。
  2. 導線中の電子が移動する向きと同じである。
  3. 電源の＋極から−極へ向かう向きである。 Correct answer.
  4. 電源の−極から＋極へ向かう向きである。

Explanation

電流の向きは、正の電荷が移動する向きと約束されており、電池の外部では＋極から−極へ流れる向きと考える。実際に移動する電子は負電荷なので、電子の移動する向きは電流の向きと逆向きになる。

Question 22Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

水平な床の上で物体を東向きに5.0m動かした。この間、物体にはたらく重力は鉛直下向きに20Nであった。重力が物体にした仕事はいくらか。

  1. 100J
  2. 4.0J
  3. 0J Correct answer.
  4. 20J

Explanation

仕事は、力の大きさと、その力の向きに移動した距離との積で求める。重力は鉛直下向きにはたらき、物体は水平方向にだけ移動しているため、重力の向きに移動した距離は0mである。したがって重力がした仕事は0Jになる。

Question 23Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

乾電池につないだ電気モーターが回転している。このときの主なエネルギー変換として最も適切なものはどれか。

  1. 電気エネルギーを光エネルギーに変える。
  2. 化学エネルギーを電気エネルギーに変える。
  3. 運動エネルギーを電気エネルギーに変える。
  4. 電気エネルギーを運動エネルギーに変える。 Correct answer.

Explanation

モーターは、電流が磁界から受ける力によって回転する装置である。そのため、電気エネルギーを回転運動の運動エネルギーに変換している。電池では化学エネルギーから電気エネルギーへの変換が起きるが、モーター自身の主な変換ではない。

Question 24Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

6Ωの抵抗と4Ωの抵抗を直列につなぎ、全体に10Vの電圧を加えた。4Ωの抵抗にかかる電圧はいくらか。

  1. 4V Correct answer.
  2. 2V
  3. 10V
  4. 6V

Explanation

直列回路では電流が同じで、合成抵抗は6Ω+4Ω=10Ωである。10V÷10Ω=1.0Aの電流が流れるので、4Ωの抵抗にかかる電圧は4Ω×1.0A=4Vとなる。抵抗の大きさに比例して電圧が分かれることも確認できる。

Question 25Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

同じ質量の物体AとBがある。Aの高さはBの高さの3倍である。Aがもつ重力による位置エネルギーは、Bがもつ重力による位置エネルギーの何倍か。ただし、基準面は同じにとる。

  1. 6倍
  2. 1/3倍
  3. 3倍 Correct answer.
  4. 9倍

Explanation

重力による位置エネルギーは、質量と重力加速度と基準面からの高さの積で表される。同じ質量で重力加速度も同じなら、位置エネルギーは高さに比例する。Aの高さがBの3倍なので、Aの位置エネルギーはBの3倍である。

Question 26Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

ある電気器具を100Vの電源につなぐと、5.0Aの電流が流れた。この器具が消費する電力は何Wか。

  1. 5000W
  2. 500W Correct answer.
  3. 20W
  4. 105W

Explanation

電力は、電圧と電流の積としてP=VIで求められる。この器具では100Vの電圧で5.0Aの電流が流れているので、100×5.0=500Wとなる。電力の単位Wは、1秒あたりに消費するエネルギーJ/sを表す。

Question 27Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

8Ωの抵抗と4Ωの抵抗を並列につなぎ、12Vの電圧を加えた。8Ωの抵抗に流れる電流は何Aか。

  1. 3.0A
  2. 1.5A Correct answer.
  3. 0.5A
  4. 1.0A

Explanation

並列につないだ抵抗には、それぞれ同じ大きさの電圧がかかる。8Ωの抵抗にも12Vがかかるので、オームの法則I=V/Rより12V÷8Ω=1.5Aとなる。4Ω側には3.0Aが流れ、全体では4.5Aになる。

Question 28Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

コイルを磁界の中で回転させて発電する発電機では、主にどのエネルギー変換が利用されているか。

  1. 熱エネルギー→電気エネルギー
  2. 運動エネルギー→電気エネルギー Correct answer.
  3. 光エネルギー→電気エネルギー
  4. 電気エネルギー→運動エネルギー

Explanation

発電機では、磁界の中のコイルを回転させるなどして導線と磁界を相対的に動かし、誘導電流を生じさせる。このとき、回転させる運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。モーターは逆に電気エネルギーを運動エネルギーに変える。

Question 29Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

水平面上にある質量2.0kgの物体を、一定の大きさ20Nの水平な力で10m動かした。物体にはたらく摩擦力は6Nで一定である。物体の運動エネルギーの増加は何Jか。

  1. 140J Correct answer.
  2. 60J
  3. 260J
  4. 200J

Explanation

物体にした正味の仕事は、水平方向の合力と移動距離の積で求める。合力は20N−6N=14N、移動距離は10mなので、正味の仕事は14×10=140Jである。仕事と運動エネルギーの変化は等しいので、運動エネルギーの増加は140Jとなる。

Question 30Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

摩擦のない斜面を使って質量6.0kgの物体を高さ1.5mまで引き上げる。斜面の長さは3.0mである。100gの物体にはたらく重力を1Nとして、斜面に沿って引く力は何Nか。

  1. 15N
  2. 90N
  3. 30N Correct answer.
  4. 45N

Explanation

重力に逆らって物体を高さ1.5mまで上げるのに必要な仕事は、6.0kgにはたらく重力60Nと高さ1.5mの積で90Jである。摩擦がなければ、斜面に沿って引く力Fがする仕事F×3.0mも90Jに等しい。よってF=90J÷3.0m=30Nである。

Question 31Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

ある生徒が、質量20kgの物体を床から1.5mの高さまで、10秒かけてゆっくり持ち上げた。100gの物体にはたらく重力を1Nとするとき、この生徒の仕事率は何Wか。

  1. 30W Correct answer.
  2. 3W
  3. 3000W
  4. 300W

Explanation

仕事は「力の大きさ×力の向きに動いた距離」で求める。物体の重さは20kg→200Nなので、仕事は200N×1.5m＝300J。仕事率は仕事÷時間なので、300J÷10s＝30Wとなる。

Question 32Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

2Ωの抵抗と6Ωの抵抗を直列につなぎ、電源の電圧を8Vにした。この回路について正しいものはどれか。

  1. 2Ωの抵抗にも6Ωの抵抗にも同じ1Aの電流が流れる。 Correct answer.
  2. 2Ωの抵抗には4A、6Ωの抵抗には1.33Aの電流が流れる。
  3. 2Ωの抵抗には0.5A、6Ωの抵抗には1.5Aの電流が流れる。
  4. 2Ωの抵抗には1A、6Ωの抵抗には3Aの電流が流れる。

Explanation

直列回路では、電流は流れる道が1本なので、どの抵抗にも同じ大きさの電流が流れる。全体の抵抗は2Ω＋6Ω＝8Ω、電源電圧8Vより電流は8V÷8Ω＝1Aである。

Question 33Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

走っているバスが急に止まると、乗っている人は進行方向へ倒れそうになる。この現象の説明として最も適切なものはどれか。

  1. 慣性により、人は運動を続けようとするため。 Correct answer.
  2. バスが人を進行方向へ押す大きな力がはたらくため。
  3. 人の体重が急に小さくなるため。
  4. 人にはたらく重力の向きが変わるため。

Explanation

物体は、外から力がはたらかない限り、それまでの運動を続けようとする。これを慣性といい、急ブレーキでバスは減速しても、人は進行方向へ運動を続けようとするため前に倒れそうになる。

Question 34Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

水平な床の上で、物体に一定の大きさの水平な力を加え続けると、物体は一定の速さでまっすぐ動き続けた。このときの物体にはたらく力について正しいものはどれか。

  1. 加えた力の大きさは、摩擦力の大きさよりも常に大きい。
  2. 物体には力がはたらいていない。
  3. 加えた力と摩擦力はつり合っており、大きさは等しい。 Correct answer.
  4. 加えた力の大きさは、摩擦力の大きさより小さい。

Explanation

物体が一定の速さでまっすぐ動くとき、物体にはたらく力はつり合っている。水平方向では、加えた力と摩擦力が逆向きで同じ大きさなので、合力は0Nになる。

Question 35Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

消費電力が1200Wの電気器具を、1日あたり30分間使用した。この器具を30日間使用したときの電力量は何kWhか。

  1. 18kWh Correct answer.
  2. 600kWh
  3. 6kWh
  4. 36kWh

Explanation

電力量[kWh]は、電力[kW]×使用時間[h]で求める。1200W＝1.2kW、1日30分＝0.5hなので、1日あたり1.2×0.5＝0.6kWh。30日間では0.6×30＝18kWhとなる。

Question 36Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

質量6.0kgの物体を、1つの動滑車を使ってゆっくり持ち上げる。100gの物体にはたらく重力を1Nとし、滑車やひもの質量、摩擦は考えない。このとき、ひもを引く力の大きさは何Nか。

  1. 30N Correct answer.
  2. 15N
  3. 60N
  4. 120N

Explanation

物体の重さは6.0kg→60N。動滑車を1つ使うと、ひもは2本で物体を支えるので、1本あたりの張力は60N÷2＝30Nになる。ただし、ひもを引く距離は物体が上がる距離の2倍になる。

Question 37Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

コイルの近くで棒磁石を動かすと、コイルに電流が流れた。コイルや磁石の向きは変えずに、棒磁石をより速く動かしたとき、生じる電流について最も適切なものはどれか。

  1. 電流の向きは変わらず、大きさは大きくなる。 Correct answer.
  2. 電流の向きも大きさも変わらない。
  3. 電流は流れなくなる。
  4. 電流の向きは変わり、大きさは小さくなる。

Explanation

コイルの近くで磁石を動かすと電磁誘導によって誘導電流が流れる。磁石を速く動かすと磁界の変化が速くなるので、誘導電流は大きくなる。動かす向きを変えない限り、電流の向きは変わらない。

Question 38Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

6Ωの抵抗と3Ωの抵抗を並列につなぎ、両端に9Vの電圧を加えた。この回路全体で消費される電力は何Wか。

  1. 27W
  2. 40.5W Correct answer.
  3. 13.5W
  4. 4.5W

Explanation

並列部分の合成抵抗は、1/R＝1/6＋1/3＝1/2よりR＝2Ω。全体の電力はP＝V²/R＝9²/2＝40.5W。各抵抗の電力を足しても、13.5W＋27W＝40.5Wになる。

Question 39Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

摩擦のない斜面を、質量2.0kgの物体が高さ5.0mの地点から静かに滑り下りた。斜面を下りた後、物体は水平な床の上をすべり、摩擦力によって停止した。100gの物体にはたらく重力を1Nとし、水平な床での摩擦力の大きさを4.0Nとする。物体が水平な床をすべった距離は何mか。ただし、斜面と床のつなぎ目では速さは変わらないものとする。

  1. 5m
  2. 50m
  3. 25m Correct answer.
  4. 10m

Explanation

斜面を下る間に失った重力による位置エネルギーは、20N×5.0m＝100J。これが水平面で摩擦力にさからってした仕事に等しいので、4.0N×距離＝100J。距離は100J÷4.0N＝25mとなる。

Question 40Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

同じ抵抗値Rの2つの抵抗がある。これらを直列につないで電源につないだときの回路全体の消費電力をP1、並列につないで同じ電源につないだときの回路全体の消費電力をP2とする。P2はP1の何倍か。

  1. 0.5倍
  2. 2倍
  3. 4倍 Correct answer.
  4. 0.25倍

Explanation

同じ電圧Vで、直列の合成抵抗は2R、並列の合成抵抗はR/2。消費電力はV²/Rで表されるので、P1＝V²/(2R)、P2＝V²/(R/2)＝2V²/R。よってP2/P1＝(2V²/R)÷(V²/(2R))＝4倍。

Question 41Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

蓄電池（二次電池）を充電しているとき、主にどのエネルギー変換が行われているか。

  1. 電気エネルギーが光エネルギーに変換される。
  2. 化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。
  3. 電気エネルギーが化学エネルギーに変換される。 Correct answer.
  4. 化学エネルギーが運動エネルギーに変換される。

Explanation

充電では外部電源から蓄電池に電流を流し、内部で化学変化を起こして電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄える。放電のときは逆向きに変換される。したがって、充電中の主な変換は電気エネルギーから化学エネルギーへの変換である。

Question 42Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

水平な床の上にある物体に、右向きに6.0Nの力を加え、力の向きに2.0m動かした。このとき、加えた力が物体にした仕事は何Jか。ただし、床と物体の間の摩擦力は考えない。

  1. 12J Correct answer.
  2. 8.0J
  3. 3.0J
  4. 24J

Explanation

仕事は、加えた力の大きさと、力の向きに動いた距離の積で求められる。6.0N×2.0m=12Jである。摩擦力がない場合でも、加えた力がした仕事はこの式で計算する。

Question 43Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

4.0Ωの抵抗に2.0Aの電流が流れている。この抵抗の両端に加わる電圧は何Vか。

  1. 8.0V Correct answer.
  2. 6.0V
  3. 0.50V
  4. 2.0V

Explanation

オームの法則より、電圧Vは抵抗Rと電流Iの積で求められる。V=4.0Ω×2.0A=8.0Vとなる。抵抗値と電流の単位をそろえて計算すればよい。

Question 44Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

質量4.0kgの物体が速さ3.0m/sで一直線上を運動している。この物体がもつ運動エネルギーは何Jか。

  1. 36J
  2. 18J Correct answer.
  3. 6.0J
  4. 12J

Explanation

運動エネルギーKはK=1/2×m×v^2で求められる。質量4.0kg、速さ3.0m/sを代入すると、1/2×4.0×9.0=18Jとなる。速さは2乗する点に注意する。

Question 45Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

摩擦のない斜面を、質量2.0kgの物体が高さ1.8mの地点から静かに滑り下りる。斜面を下りた直後の物体の速さは何m/sか。100gの物体にはたらく重力を1Nとし、空気抵抗は考えない。

  1. 6.0m/s Correct answer.
  2. 9.0m/s
  3. 18m/s
  4. 3.0m/s

Explanation

摩擦や空気抵抗がなければ、高い位置の重力による位置エネルギーが斜面を下る間に運動エネルギーへ変わる。2.0kgの物体にはたらく重力は20Nなので、位置エネルギーは20N×1.8m=36Jである。これを1/2×2.0×v^2に等しいとおくとv^2=36となり、v=6.0m/sである。

Question 46Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

あるばねに10Nの力を加えると、ばねの長さが自然の長さから2.0cm伸びた。このばねに15Nの力を加えると、自然の長さからの伸びは何cmになるか。ただし、ばねの伸びは加えた力に比例するものとする。

  1. 1.5cm
  2. 2.5cm
  3. 3.0cm Correct answer.
  4. 4.5cm

Explanation

ばねの伸びは加えた力に比例する。10Nで2.0cm伸びるので、1Nあたり0.20cm伸びることになる。15Nでは0.20cm/N×15N=3.0cmとなる。

Question 47Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

物体を一定の速さ2.0m/sで動かすために、進行方向に15Nの力を加え続けた。このときの仕事率は何Wか。

  1. 7.5W
  2. 15W
  3. 30W Correct answer.
  4. 60W

Explanation

仕事率は、単位時間あたりにする仕事であり、力の大きさと速さの積でも求められる。15N×2.0m/s=30Wとなる。一定の速さで動かしているので、加えた力がする仕事率をそのまま計算できる。

Question 48Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

直流モーターの回転を速くする方法として、最も適切なものはどれか。ただし、電源電圧は変えないものとする。

  1. コイルの巻き数を少なくする。
  2. 磁石の磁力を弱くする。
  3. コイルと磁石の間のすき間を広くする。
  4. コイルに流す電流を大きくする。 Correct answer.

Explanation

直流モーターでは、磁界の中にあるコイルに電流を流すと、電流が磁界から力を受けて回転する。電流を大きくすると受ける力が大きくなり、回転は速くなる。磁力を弱くしたり巻き数を減らしたりすると、力は小さくなる。

Question 49Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

6.0Ωの抵抗と3.0Ωの抵抗を並列につなぎ、その並列部分に4.0Ωの抵抗を直列につないだ回路がある。この回路全体に12Vの電圧を加えたとき、6.0Ωの抵抗に流れる電流は何Aか。

  1. 0.67A Correct answer.
  2. 2.0A
  3. 0.50A
  4. 1.3A

Explanation

6.0Ωと3.0Ωの並列部分の合成抵抗は、1/R=1/6.0+1/3.0=1/2.0より2.0Ωである。これに4.0Ωが直列なので全体は6.0Ωとなり、回路全体の電流は12V÷6.0Ω=2.0Aである。並列部分の電圧は2.0Ω×2.0A=4.0Vなので、6.0Ωを流れる電流は4.0V÷6.0Ω≒0.67Aとなる。

Question 50Energy (エネルギー) - forces, motion, work, electricity, energy conversion

電源電圧12Vで2.5Aの電流が流れる電気モーターを使い、質量3.0kgの物体を5.0秒間で2.0mの高さまで一定の速さで持ち上げた。100gの物体にはたらく重力を1Nとするとき、このモーターの効率は何%か。

  1. 40% Correct answer.
  2. 20%
  3. 30%
  4. 60%

Explanation

モーターが物体にした有用な仕事は、30N×2.0m=60Jである。これを5.0秒で行ったので、有用な仕事率は60J÷5.0s=12Wとなる。一方、入力の電力は12V×2.5A=30Wなので、効率は12W÷30W×100=40%である。