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Yamagata Prefectural Public High School Entrance Examination - Science study materials
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Yamagata Prefectural Public High School Entrance Examination - Science practice questions

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Question 1物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

1つの物体に2つの力がはたらいてつり合っているときの条件として、正しいものはどれか。

  1. 2つの力の大きさが等しく、向きが同じで、同じ一直線上にある。
  2. 2つの力の大きさが等しく、向きが反対で、平行な2つの直線上にある。
  3. 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。 Correct answer.
  4. 2つの力の大きさが異なり、向きが反対で、同じ一直線上にある。

Explanation

1つの物体にはたらく2つの力がつり合うには、大きさが等しいこと、向きが反対であること、同じ一直線上（同一作用線上）にあることの3つの条件をすべて満たす必要がある。どれか1つでも欠けると、物体は動き出したり回転したりして静止を続けられない。

Question 2物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

物体Aが物体Bを右向きに押すと、同時に物体Bは物体Aを左向きに押し返す。この2つの力についての説明として正しいものはどれか。

  1. 大きさは等しく、向きは反対で、異なる2つの物体にはたらく。 Correct answer.
  2. 大きさは等しく、同じ物体にはたらくので合力は0になる。
  3. 2つの力はつり合っているので、AもBも動き出さない。
  4. Aの質量がBの質量より大きいとき、AがBを押す力の方が大きくなる。

Explanation

作用反作用の法則により、2つの物体の間でおよぼし合う力は、常に大きさが等しく、向きが反対で、それぞれ異なる物体に同時にはたらく。同じ物体にはたらく力ではないので合力として打ち消し合うことはなく、つり合いとは区別して考える必要がある。

Question 3物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

一定の速さ2.0 m/sで一直線上を進む物体が、10秒間に進む距離として正しいものはどれか。

  1. 0.20 m
  2. 20 m Correct answer.
  3. 5.0 m
  4. 12 m

Explanation

等速直線運動では速さが一定なので、進む距離は「距離＝速さ×時間」で求められる。2.0 m/s × 10 s ＝ 20 m となる。速さが一定のとき、距離は時間に比例して長くなる。

Question 4物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量2.0 kgの物体を、水平な床の上で糸を用いて水平に5.0 Nの力で引き、力の向きに4.0 m移動させた。このときの仕事は何Jか。ただし、摩擦は考えないものとする。

  1. 20 J Correct answer.
  2. 78 J
  3. 8.0 J
  4. 0 J

Explanation

仕事の大きさは「加えた力の大きさ×力の向きに動いた距離」で求められる。水平に引く力は5.0 Nで、その向きに4.0 m動かしたので、5.0 × 4.0 ＝ 20 J となる。重力は移動方向と垂直にはたらくため仕事をしない。

Question 5物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量が2倍、速さも2倍になった物体の運動エネルギーは、もとの運動エネルギーの何倍になるか。

  1. 2倍
  2. 4倍
  3. 8倍 Correct answer.
  4. 16倍

Explanation

運動エネルギーは 1/2 × 質量 × 速さの2乗 で表され、質量に比例し、速さの2乗に比例する。質量が2倍、速さが2倍になると、2 × 2の2乗 ＝ 8 より8倍になる。

Question 6物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

水平な床の上の物体に、水平方向から右向きに4.0 Nの力と左向きに10 Nの力を同時にはたらかせたところ、物体は静止したままであった。このとき物体にはたらく摩擦力の大きさと向きとして正しいものはどれか。

  1. 14 Nで左向き
  2. 6.0 Nで右向き Correct answer.
  3. 6.0 Nで左向き
  4. 4.0 Nで左向き

Explanation

物体が静止しているとき、摩擦力は加えた力の合力とつり合う大きさ・向きにはたらく。右向き4.0 Nと左向き10 Nの合力は左向きに6.0 Nなので、摩擦力は右向きに6.0 Nとなる。

Question 7物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

1秒間に50回打点する記録タイマーで台車の運動を記録した。ある打点から5打点後の打点までの0.10秒間に、台車は2.0 cm進んでいた。この区間の台車の平均の速さは何cm/sか。

  1. 20 cm/s Correct answer.
  2. 200 cm/s
  3. 10 cm/s
  4. 2.0 cm/s

Explanation

1秒間に50回打点するので、打点の間隔は 1÷50 ＝ 0.02秒であり、5打点分は0.02 × 5 ＝ 0.10秒となる。平均の速さは「距離÷時間」なので、2.0 cm ÷ 0.10 s ＝ 20 cm/s である。

Question 8物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦や空気抵抗がない斜面を、小球が高い位置から滑り降りていく。このときの小球の力学的エネルギーについて、正しいものはどれか。

  1. 位置エネルギーと運動エネルギーの和は、高さが下がるにつれて大きくなる。
  2. 高さが下がるにつれて、位置エネルギーも運動エネルギーも小さくなる。
  3. 高さが下がるにつれて位置エネルギーは減り、その分だけ運動エネルギーが増える。 Correct answer.
  4. 高さが下がるにつれて運動エネルギーは減り、その分だけ位置エネルギーが増える。

Explanation

摩擦や空気抵抗がなければ、小球にはたらくのは重力だけなので、力学的エネルギー（位置エネルギーと運動エネルギーの和）は一定に保たれる。高い位置から滑り降りるときは位置エネルギーが減り、その減った分だけ運動エネルギーが増えて速さが大きくなる。

Question 9物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量20 kgの物体を、一定の速さで10秒間に5.0 m真上に持ち上げた。このときの仕事率はおよそ何Wか。ただし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとする。

  1. 10 W
  2. 200 W
  3. 100 W Correct answer.
  4. 1000 W

Explanation

物体の重さは 20 kg × 10 N/kg ＝ 200 N である。これを持ち上げる仕事は 200 N × 5.0 m ＝ 1000 J となり、仕事率は 1000 J ÷ 10 s ＝ 100 W と求められる。仕事率は「仕事÷時間」で表される量である。

Question 10物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

一定の速さで右向きに走る電車の、摩擦のほとんどない水平な床に台車が置かれている。電車が急ブレーキをかけて減速したとき、地面から見た台車の運動として最も適切なものはどれか。

  1. 台車は右向きの力を受け続けて、右向きに加速する。
  2. 台車はただちに止まり、その場にとどまる。
  3. 台車は左向きの力を受け続けて、急に減速して止まる。
  4. 台車は水平方向の力をほとんど受けず、ほぼ一定の速さで右向きに進み続ける。 Correct answer.

Explanation

台車にはたらく水平方向の力はほとんどないので、慣性の法則により台車は等速直線運動を続けようとする。電車だけが減速するため、地面から見ると台車はほぼ一定の速さで右向きに進み続け、電車の中から見ると台車が進行方向へ動き出すように見える。

Question 11物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

一直線上で物体に、右向きに6.0 Nの力と左向きに2.0 Nの力が同時にはたらいている。この物体にはたらく合力の大きさと向きとして正しいものはどれか。

  1. 右向きに8.0 N
  2. 右向きに4.0 N Correct answer.
  3. 左向きに8.0 N
  4. 左向きに4.0 N

Explanation

合力は、同じ向きの力なら和、反対向きの力なら差で求めます。右向き6.0 Nと左向き2.0 Nでは右向きの力が大きいので、差の4.0 Nが右向きの合力になります。

Question 12物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

物体が一直線上を一定の速さで進んでいる。この物体が8.0秒間に24 m進んだとき、速さは何m/sか。

  1. 24 m/s
  2. 8.0 m/s
  3. 3.0 m/s Correct answer.
  4. 0.33 m/s

Explanation

速さは、進んだ距離をかかった時間で割ることで求められます。24 m ÷ 8.0 s = 3.0 m/s です。一定の速さで進んでいるので、この値がそのまま速さになります。

Question 13物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量2.0 kgの物体を、水平な床の上で水平方向にゆっくりと4.0 m運んだ。このとき、物体にはたらく重力が物体にする仕事として正しいものはどれか。ただし、床は水平で、物体の高さは変わらないものとする。

  1. 0 J Correct answer.
  2. 80 J
  3. 20 J
  4. 8.0 J

Explanation

仕事は、力の大きさと、力の向きに移動した距離の積で求めます。重力は鉛直下向きにはたらきますが、物体は水平方向にしか移動していません。力の向きへの移動距離が0なので、重力がする仕事は0 Jです。

Question 14物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦のない水平面上で、質量2.0 kgの物体に一定の大きさの力を加えたところ、物体は一定の割合で速さが増す運動をした。加える力の大きさだけを2倍にし、物体の質量は変えないとき、物体の加速度はもとの何倍になるか。

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

Explanation

物体の加速度は、はたらく力の大きさに比例し、物体の質量に反比例します。質量を変えずに力を2倍にすると、加速度も2倍になります。

Question 15物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

1秒間に50回打点する記録タイマーで、台車の運動を記録した。隣り合う打点の時間間隔は何秒か。

  1. 0.50秒
  2. 0.050秒
  3. 0.10秒
  4. 0.020秒 Correct answer.

Explanation

1秒間に50回打点するので、1回打点するのにかかる時間は 1 ÷ 50 = 0.020 秒です。したがって、隣り合う打点の時間間隔は0.020秒になります。

Question 16物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

ある機械が600 Jの仕事を15秒間で行った。この機械の仕事率は何Wか。

  1. 90 W
  2. 600 W
  3. 20 W
  4. 40 W Correct answer.

Explanation

仕事率は、仕事の大きさをそれにかかった時間で割ることで求められます。600 J ÷ 15 s = 40 W です。

Question 17物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

1つの物体に3つの力A、B、Cがはたらいて、物体が静止している。このとき、力Aについて成り立つ関係として正しいものはどれか。

  1. 力Aの大きさは、力Bと力Cの大きさの差に等しい。
  2. 力Aの大きさは、力Bと力Cの大きさの和に等しい。
  3. 力Aは、力Bと力Cの合力と大きさも向きも同じである。
  4. 力Aは、力Bと力Cの合力と大きさが等しく、向きが反対である。 Correct answer.

Explanation

3つの力で物体が静止しているとき、そのうち2つの力の合力と、残りの1つの力は大きさが等しく向きが反対になっています。つまり、力Aは力Bと力Cの合力とつり合う関係にあります。

Question 18物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦のない斜面を小球が滑り降り、その後、摩擦のある水平面に移ってしばらく進んだ後に止まった。小球の力学的エネルギーについての説明として正しいものはどれか。

  1. 水平面で止まったとき、小球がもっていた力学的エネルギーはすべて位置エネルギーに変わっている。
  2. 斜面を下るときも水平面を進むときも、力学的エネルギーは常に一定に保たれる。
  3. 水平面を進む間に、力学的エネルギーの一部は摩擦によって熱や音のエネルギーに変わった。 Correct answer.
  4. 水平面で止まったとき、小球がもっていた力学的エネルギーはすべて運動エネルギーとして残っている。

Explanation

摩擦のない斜面では力学的エネルギーが保存されますが、摩擦のある水平面では運動エネルギーの一部が摩擦によって熱や音のエネルギーに変わります。そのため、小球が止まるときには力学的エネルギーは減少しています。

Question 19物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量0.20 kgの小球を、高さ1.5 mの地点から静かに落とした。空気抵抗はないものとし、小球が地面に達する直前の速さとして最も近いものはどれか。ただし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとし、√30 ≈ 5.5 とする。

  1. 3.0 m/s
  2. 7.5 m/s
  3. 15 m/s
  4. 5.5 m/s Correct answer.

Explanation

力学的エネルギー保存の法則より、位置エネルギーの減少分が運動エネルギーの増加分になります。mgh = 1/2 mv^2 から v = √(2gh) = √(2×10×1.5) = √30 ≈ 5.5 m/s です。質量0.20 kgは両辺から消えるので計算に使いません。

Question 20物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

水平な床の上に静止している質量4.0 kgの物体に、水平方向に一定の大きさ30 Nの力を加えて、力の向きに5.0 m移動させた。この間、物体にはたらく摩擦力の大きさは10 Nであった。物体の速さが5.0 m移動後に達する値として最も近いものはどれか。ただし、√50 ≈ 7.1 とする。

  1. 5.0 m/s
  2. 6.3 m/s
  3. 7.1 m/s Correct answer.
  4. 10 m/s

Explanation

物体にはたらく合力は、30 N - 10 N = 20 Nです。合力がする仕事は20 N × 5.0 m = 100 Jで、これが物体の運動エネルギーになります。1/2 × 4.0 × v^2 = 100 より v^2 = 50、v ≈ 7.1 m/s です。

Question 21物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

仕事の大きさを表す単位として正しいものはどれか。

  1. Pa（パスカル）
  2. J（ジュール） Correct answer.
  3. N（ニュートン）
  4. W（ワット）

Explanation

仕事の大きさは、力の大きさ〔N〕と、力の向きに物体が動いた距離〔m〕の積で求められる。この単位はN·mであり、これをJ（ジュール）という。Wは仕事率の単位、Nは力の大きさの単位、Paは圧力の単位である。

Question 22物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

一直線上にある物体に、右向きに3.0 Nの力と右向きに5.0 Nの力を同時にはたらかせた。この物体にはたらく合力の大きさと向きとして正しいものはどれか。

  1. 2.0 N、左向き
  2. 8.0 N、右向き Correct answer.
  3. 8.0 N、左向き
  4. 2.0 N、右向き

Explanation

一直線上で同じ向きにはたらく2つの力の合力は、2つの力の大きさの和になり、向きはもとの力と同じ向きになる。3.0 N＋5.0 N＝8.0 Nで、向きは右向きである。

Question 23物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量が500 gの物体にはたらく重力の大きさとして正しいものはどれか。ただし、100 gの物体にはたらく重力の大きさを1.0 Nとする。

  1. 50 N
  2. 5.0 N Correct answer.
  3. 0.50 N
  4. 500 N

Explanation

質量500 gは100 gの5倍である。100 gあたり1.0 Nの重力がはたらくので、500 gでは1.0 N×5＝5.0 Nとなる。質量と重力の大きさは比例する。

Question 24物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦のない長さ2.0 mの斜面を使って、質量4.0 kgの物体を水平面から高さ0.50 mまでゆっくり引き上げる。斜面に沿って加える力の大きさとして正しいものはどれか。ただし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとする。

  1. 20 N
  2. 10 N Correct answer.
  3. 4.0 N
  4. 8.0 N

Explanation

斜面を使わずに直接持ち上げるときの仕事は、4.0 kg×10 N/kg×0.50 m＝20 Jである。仕事の原理により、斜面を使っても必要な仕事は変わらないので、斜面に沿って加える力をFとするとF×2.0 m＝20 Jとなり、F＝10 Nである。

Question 25物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量6.0 kgの物体を、動滑車を1個だけ使って糸を引いてゆっくり引き上げる。糸を引く力の大きさとして正しいものはどれか。ただし、動滑車と糸の質量および摩擦は考えないものとし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとする。

  1. 30 N Correct answer.
  2. 60 N
  3. 20 N
  4. 120 N

Explanation

動滑車を1個使うと、物体にはたらく重力は動滑車を支える2本の糸で半分ずつ支えられる。そのため糸を引く力は重力の半分の30 Nですむ。ただし、糸を引く距離は物体が上がる距離の2倍になり、仕事の大きさは変わらない。

Question 26物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

糸におもりをつけた振り子を、おもりが最下点から高さ0.20 mになる位置まで持ち上げて静かに放した。空気抵抗や糸の摩擦がないとき、おもりが反対側で達する最も高い位置の、最下点からの高さとして正しいものはどれか。

  1. 0.20 m Correct answer.
  2. 0 m（最下点で止まる）
  3. 0.10 m
  4. 0.40 m

Explanation

空気抵抗や摩擦がないので、振り子のおもりの力学的エネルギーは保存される。最も高い位置では速さが0になり、運動エネルギーはすべて位置エネルギーになるため、最初に持ち上げた高さと同じ0.20 mまで上がる。

Question 27物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦のない水平面上を右向きに一定の速さで滑っている物体に、左向きの一定の大きさの力を加え続けた。この後の物体の運動として最も適切なものはどれか。

  1. 右向きの速さのまま等速直線運動を続ける。
  2. 右向きの速さが一様に減り、そのまま止まって静止し続ける。
  3. すぐに左向きに動き出し、左向きの速さが一様に増える。
  4. 右向きの速さが一様に減り、止まった後は左向きに速さが一様に増える。 Correct answer.

Explanation

運動の向きと逆向きの力が加わり続けると、物体の速さは一定の割合で減っていく。止まった後も同じ向きの力が加わり続けるため、今度は左向きに一定の割合で速さが増していく。

Question 28物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

一直線上を運動する物体について、運動を始めてからの時間と移動した距離を調べたところ、1.0秒後に2.0 m、2.0秒後に8.0 m、3.0秒後に18 mであった。この物体の運動として正しいものはどれか。

  1. 速さが一様に減っている。
  2. 一定の割合で速さが増している。 Correct answer.
  3. 一定の速さで運動している。
  4. はじめ速さが増し、その後一定の速さになった。

Explanation

1.0秒ごとの移動距離は、0～1.0秒で2.0 m、1.0～2.0秒で6.0 m、2.0～3.0秒で10 mとなり、4.0 mずつ増えている。同じ時間に進む距離が一定の割合で増えるので、速さは一定の割合で増しており、加速度が一定の運動である。

Question 29物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

1秒間に50回打点する記録タイマーで、一直線上を運動する台車の運動を記録した。打点の間隔5つ分を1つの区間とし、各区間の距離を順に測ると2.0 cm、3.0 cm、4.0 cm、5.0 cmであった。この台車の加速度の大きさとして正しいものはどれか。

  1. 1.0 m/s² Correct answer.
  2. 0.50 m/s²
  3. 10 m/s²
  4. 0.10 m/s²

Explanation

打点の間隔は1÷50＝0.020秒なので、5つ分の区間の時間は0.10秒である。各区間の平均の速さは20 cm/s、30 cm/s、40 cm/s、50 cm/sとなり、等加速度運動では区間の中央の時刻の速さに等しい。隣り合う区間の中央の時刻は0.10秒離れているので、加速度は（30－20）cm/s÷0.10 s＝100 cm/s²＝1.0 m/s²である。

Question 30物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦のない斜面の上端から、質量2.0 kgの物体を静かに滑らせた。物体は斜面を滑り降りた後、摩擦のある水平面に移り、やがて止まった。物体が水平面上で進んだ距離として正しいものはどれか。ただし、斜面の上端の高さは水平面から0.80 m、水平面上で物体にはたらく摩擦力の大きさは4.0 Nで一定とし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとする。

  1. 4.0 m Correct answer.
  2. 2.0 m
  3. 16 m
  4. 8.0 m

Explanation

斜面では摩擦がないので力学的エネルギーが保存され、水平面に移る瞬間の運動エネルギーは、2.0 kg×10 N/kg×0.80 m＝16 Jである。水平面上では摩擦力が運動と逆向きに仕事をするので、4.0 N×距離＝16 Jとなり、進んだ距離は4.0 mである。

Question 31物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

糸でつるしたおもりが静止している。おもりが糸を引く力と、糸がおもりを引く力の関係として正しいものはどれか。

  1. 大きさは等しく、向きは同じで、同じ物体にはたらく。
  2. 大きさは等しく、向きは反対で、異なる物体にはたらく。 Correct answer.
  3. 大きさは異なり、向きは同じで、異なる物体にはたらく。
  4. 大きさは異なり、向きは反対で、同じ物体にはたらく。

Explanation

作用・反作用の2力は、大きさが等しく向きが反対で、二つの異なる物体にそれぞれはたらく。おもりが糸を引く力と糸がおもりを引く力はこの関係にあり、一方が他方を打ち消す力のつり合いとは区別する。

Question 32物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

摩擦のない水平面上を、初速度2.0 m/sで運動する質量3.0 kgの物体に、運動の向きに一定の大きさ6.0 Nの力を加え続けた。物体の加速度の大きさは何m/s²か。

  1. 3.0 m/s²
  2. 2.0 m/s² Correct answer.
  3. 0.50 m/s²
  4. 18 m/s²

Explanation

物体に一定の力を加え続けると、加速度の大きさは力の大きさに比例し、質量に反比例する。加速度は6.0 N÷3.0 kg=2.0 m/s²となる。初速度の2.0 m/sは加速度の大きさには影響しない。

Question 33物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量10 kgの物体を、質量と摩擦を無視できる動滑車を用いて、ひもを引いてゆっくり0.50 m持ち上げた。このとき、ひもを引く距離として正しいものはどれか。ただし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとする。

  1. 1.0 m Correct answer.
  2. 0.25 m
  3. 2.0 m
  4. 0.50 m

Explanation

動滑車を使うと、物体を持ち上げる高さの2倍の長さのひもを引く必要がある。仕事の原理により、引く力は半分にできるが、引く距離は2倍になる。したがって0.50 m×2=1.0 mである。

Question 34物理：力と運動・エネルギー（力のつり合い、運動の規則性、仕事とエネルギー）

質量0.50 kgの小球を、地面から高さ0.80 mの地点から静かに落とした。小球は地面で跳ね返り、跳ね返った直後の速さは2.0 m/sであった。この衝突で失われた力学的エネルギーの大きさとして正しいものはどれか。ただし、1 kgの物体にはたらく重力の大きさを10 Nとし、空気抵抗はないものとする。

  1. 1.0 J
  2. 4.0 J Correct answer.
  3. 3.0 J
  4. 2.0 J

Explanation

落下前の力学的エネルギーは位置エネルギーだけで、0.50 kg×10 N/kg×0.80 m=4.0 Jである。跳ね返った直後の運動エネルギーは1/2×0.50 kg×(2.0 m/s)²=1.0 Jである。衝突で失われたエネルギーは4.0 J−1.0 J=3.0 Jとなる。

Question 35物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

音の伝わり方と性質について、正しい説明を一つ選べ。

  1. 音の高さは振幅の大きさで決まり、振幅が大きいほど高い音になる。
  2. 音は真空中でも光と同じように伝わる。
  3. 音は空気中をおよそ340m/sの速さで伝わる。 Correct answer.
  4. 音は光より速く伝わるため、雷が光ってから音が聞こえる。

Explanation

音は空気などの媒質を伝わる波で、空気中ではおよそ340m/sの速さで伝わる。振動数が大きいほど高い音、振幅が大きいほど大きい音になり、真空中には媒質がないため音は伝わらない。光の速さは約3.0×10^8m/sで、音よりもはるかに速い。

Question 36物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

平面鏡に光が当たった。入射角が30°のとき、反射角はいくらか。ただし入射角・反射角は、鏡の面に垂直な直線（法線）と光の進む向きとの間の角とする。

  1. 60°
  2. 45°
  3. 0°
  4. 30° Correct answer.

Explanation

光の反射では、入射角と反射角は常に等しくなる（反射の法則）。入射角は鏡の面に垂直な法線と入射光との間の角で測るので、入射角が30°なら反射角も30°になる。鏡の面と光との間の角（この場合は60°）と混同しないよう注意する。

Question 37物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

焦点距離が10cmの凸レンズの前方30cmの位置に物体を置いた。スクリーン上にできる像として最も適切なものを一つ選べ。

  1. 物体より大きい倒立の実像
  2. 物体より小さい倒立実像 Correct answer.
  3. 物体と同じ大きさの倒立した実像
  4. 物体より大きい正立虚像

Explanation

凸レンズの公式1/f=1/a+1/bを使うと、焦点距離10cm、物体距離30cmでは1/10=1/30+1/bとなりb=15cm。倍率はb/a=15/30=0.5で、物体より小さい倒立の実像がスクリーン上にできる。物体が焦点距離の2倍より遠い位置にあるとき、像は焦点距離と2倍の焦点距離の間にでき、実像は小さくなる。

Question 38物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

水中にある物体を水面の真上から見ると、実際の位置より浅く見える。この理由として正しいものを一つ選べ。

  1. 水中から空気中へ進む光が、水面で法線に近づくように屈折するから。
  2. 水中から空気中へ進む光が水面で全反射し、物体の像が水面に映って見えるから。
  3. 水中から空気中へ進む光が、法線から遠ざかる向きに屈折するから。 Correct answer.
  4. 水面で反射した光が目に入り、物体が水面にあるように見えるから。

Explanation

水中から空気中へ光が出るとき、空気中のほうが光の速さが大きいため、光は水面（境界面）で法線から遠ざかる向きに屈折する。そのため物体から出た光は実際より上側から来たように見え、物体は浅い位置にあるように見える。入射角がある角度を超えると全反射するが、浅く見える現象は屈折によるものである。

Question 39物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

20Ωの抵抗Aと30Ωの抵抗Bを直列に接続し、両端に10Vの電圧を加えた。回路全体の抵抗と流れる電流の組み合わせとして正しいものを一つ選べ。

  1. 50Ω、0.5A
  2. 50Ω、0.2A Correct answer.
  3. 12Ω、0.2A
  4. 12Ω、0.83A

Explanation

直列回路では各抵抗に同じ電流が流れ、合成抵抗は各抵抗の和になる。20Ω+30Ω=50Ωなので、オームの法則より電流は10V÷50Ω=0.2Aとなる。直列では電圧は各抵抗に分かれて加わり、抵抗が大きいほど大きな電圧が加わる。

Question 40物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

6Ωの抵抗と3Ωの抵抗を並列に接続し、6Vの電源につないだ。6Ωの抵抗に流れる電流と、回路全体に流れる電流の組み合わせとして正しいものを一つ選べ。

  1. 0.5A、3A
  2. 1A、1.5A
  3. 2A、6A
  4. 1A、3A Correct answer.

Explanation

並列回路では各抵抗に同じ電圧が加わる。6Ωの抵抗には6V÷6Ω=1A、3Ωの抵抗には6V÷3Ω=2Aが流れるので、回路全体の電流は1A+2A=3Aとなる。合成抵抗は1/R=1/6+1/3=1/2より2Ωで、6V÷2Ω=3Aとしても求められる。

Question 41物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

600Wの電熱器を10分間使用したとき、消費する電力量は何Jか。最も適切なものを一つ選べ。

  1. 6.0×10^4 J
  2. 3.6×10^5 J Correct answer.
  3. 6.0×10^3 J
  4. 3.6×10^4 J

Explanation

電力量[J]は電力[W]×時間[s]で求められる。10分は600秒なので、600W×600s=360000J=3.6×10^5Jとなる。電力量をkWhで表すと0.6kW×1/6h=0.1kWhになり、どちらでも同じ量を表している。

Question 42物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

コイルに電流を流したときにできる磁界について、正しいものを一つ選べ。

  1. コイルの内部では、電流の向きを逆にすると磁界の向きも逆になる。 Correct answer.
  2. コイルの内部にできる磁界は、電流の向きに関係なくいつも同じ向きになる。
  3. コイルの内部の磁界は、コイルの外側の磁界より必ず弱い。
  4. コイルに電流を流しても、コイルの外側には磁界ができない。

Explanation

コイルに電流を流すと、コイルの内部には一方向にそろった磁界ができ、電流の向きを逆にすると磁界の向きも逆になる。向きは右ねじの法則で決まり、内部の磁界は外部よりも強い。外部にも磁界はでき、棒磁石のような磁力線ができる。

Question 43物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

コイルに棒磁石を近づけたり遠ざけたりして誘導電流を流す実験について、正しいものを一つ選べ。

  1. コイルの近くで磁石を静止させていると、誘導電流が流れ続ける。
  2. 磁石を近づけるときと遠ざけるときでは、誘導電流の向きは同じになる。
  3. コイルの巻き数を変えても、誘導電流の大きさは変化しない。
  4. 磁石を近づける速さを大きくすると、誘導電流は大きくなる。 Correct answer.

Explanation

電磁誘導では、コイルを貫く磁界の変化が大きいほど、また変化が速いほど誘導電流は大きくなる。巻き数を多くしても誘導電流は大きくなる。近づけるときと遠ざけるときでは磁界の変化の向きが逆なので、誘導電流の向きも逆になる。磁石を静止させても磁界が変化しないため誘導電流は流れない。

Question 44物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

10Ωの抵抗と、20Ωの抵抗と30Ωの抵抗を並列に接続した部分を直列につないだ回路がある。この回路全体の抵抗と、11Vの電源をつないだときに流れる電流の組み合わせとして正しいものを一つ選べ。

  1. 22Ω、0.5A Correct answer.
  2. 15Ω、0.73A
  3. 22Ω、2.0A
  4. 60Ω、0.18A

Explanation

20Ωと30Ωの並列部分の合成抵抗は1/R=1/20+1/30=1/12より12Ω。これに10Ωを直列につなぐので全体の抵抗は10+12=22Ωになる。オームの法則より電流は11V÷22Ω=0.5Aで、並列部分には0.5Aが分かれて流れる。

Question 45物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

モノコードの弦をはじいたあと、弦の長さを短くして同じ強さではじいた。このときの音の高さの変化として最も適切なものを一つ選べ。

  1. 小さくなる。
  2. 高くなる。 Correct answer.
  3. 大きくなる。
  4. 低くなる。

Explanation

弦を短くすると、弦が1秒間に振動する回数である振動数が大きくなり、音は高くなる。音の大きさは振幅で決まり、弦を強くはじくほど大きくなる。したがって、弦の長さを変えたときに主に変わるのは音の高さである。

Question 46物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

電流計を回路に接続する方法として最も適切なものを一つ選べ。

  1. 測定したい部分に直列につなぎ、＋端子から電流が流れるようにする。 Correct answer.
  2. 測定したい部分に並列につなぎ、＋端子から電流が流れるようにする。
  3. 測定したい部分に直列につなぎ、－端子から電流が流れるようにする。
  4. 測定したい部分に並列につなぎ、－端子から電流を流す。

Explanation

電流計は回路を流れる電流を測る機器なので、測定したい部分に直列につなぐ。また、針が正しく振れるように、＋端子から電流が入り－端子から出る向きに接続する。並列につなぐと大きな電流が流れ、電流計を壊すおそれがある。

Question 47物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

15Ωの抵抗に0.4Aの電流が流れている。この抵抗に加えた電圧として最も適切なものを一つ選べ。

  1. 3.75V
  2. 6V Correct answer.
  3. 0.027V
  4. 60V

Explanation

オームの法則より、電圧は抵抗と電流の積で求められる。15Ω×0.4Aを計算すると6Vになる。電流の単位はA、抵抗の単位はΩ、電圧の単位はVである。

Question 48物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

花火の光が見えてから3秒後に音が聞こえた。音の速さを340m/sとすると、花火が爆発した地点までの距離として最も適切なものを一つ選べ。ただし、光が届くまでの時間は無視できるものとする。

  1. 約340m
  2. 約680m
  3. 約113m
  4. 約1020m Correct answer.

Explanation

音は空気中を約340m/sの速さで伝わる。光は音よりはるかに速いので、光が見えた時刻をほぼ爆発した時刻とみなせる。距離は速さ×時間で求められ、340m/s×3s=1020mとなる。

Question 49物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

平面鏡から2m離れた位置に人が立っている。この人が鏡に映った自分の像を見るとき、人から像までの距離として最も適切なものを一つ選べ。

  1. 4m Correct answer.
  2. 0m
  3. 2m
  4. 1m

Explanation

平面鏡では、像は鏡の面に対して物体と対称な位置にできる。鏡から2m離れた人の像は鏡の後ろ2mの位置にできるため、人から像までは2m+2m=4mとなる。像は鏡の向こう側にあるように見えるが、実際に光は鏡で反射して人に届いている。

Question 50物理：波・光・電流（音と光の性質、電流回路、電流と磁界、電磁誘導）

白色光をプリズムに通すと、虹色の帯に分かれて見える。この理由として最も適切なものを一つ選べ。

  1. プリズムが光を吸収して、色ごとに別の光を出すから。
  2. 光がプリズムの中で止まり、色ごとに分かれて出てくるから。
  3. 光の色によって屈折のしかたが異なるから。 Correct answer.
  4. 光の明るさがプリズムで強弱に分かれるから。

Explanation

白色光はいろいろな色の光が混ざったものである。プリズムに入ると、色によって屈折する角度が異なるため、出てくるときに虹色の帯に分かれる。この現象を光の分散という。