共通テスト(理科) 過去問
令和4年度(2022年度)追・再試験
問63 (地学基礎(第2問) 問2)
問題文
太陽定数と比較することを目的に、次の図1に示す簡易日射計を作製した。この日射計の光を受ける面は、光の反射を防ぐため黒くぬる。日射以外の熱の出入りを可能な限り少なくするため、光を受ける面以外は断熱材でおおい、かつ容器は( ア )の水で満たす。計測するときは、受けるエネルギーが最大になるよう光を受ける面を( イ )に置き、1分ごとに温度を読み取る。
作製した日射計の光を受ける面積はS〔m2〕、1℃上昇するために必要なエネルギーの量は水と容器を合わせてC〔J/℃〕である。実験で求めた分当たりの温度上昇率はT〔℃/分〕であった。このときの1mm2、1秒当たりの太陽放射エネルギーの量〔W/m2〕を求める計算式として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
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問題
共通テスト(理科)試験 令和4年度(2022年度)追・再試験 問63(地学基礎(第2問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)
太陽定数と比較することを目的に、次の図1に示す簡易日射計を作製した。この日射計の光を受ける面は、光の反射を防ぐため黒くぬる。日射以外の熱の出入りを可能な限り少なくするため、光を受ける面以外は断熱材でおおい、かつ容器は( ア )の水で満たす。計測するときは、受けるエネルギーが最大になるよう光を受ける面を( イ )に置き、1分ごとに温度を読み取る。
作製した日射計の光を受ける面積はS〔m2〕、1℃上昇するために必要なエネルギーの量は水と容器を合わせてC〔J/℃〕である。実験で求めた分当たりの温度上昇率はT〔℃/分〕であった。このときの1mm2、1秒当たりの太陽放射エネルギーの量〔W/m2〕を求める計算式として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
- C✕S✕(1/T)✕60
- C✕S✕(1/T)✕(1/60)
- C✕(1/S)✕T✕60
- C✕(1/S)✕T✕(1/60)
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この過去問の解説 (2件)
01
簡易日射計の測定値から、単位面積・単位時間あたりの放射エネルギー量を求める計算式を選ぶ問題です。
では、問題を見てみましょう。
求める量(W/m²)になるよう、各変数をどの方向(かけるか・割るか)に使うかを整理します。
・C〔J/℃〕:1℃上昇させるのに必要なエネルギー
・T〔℃/分〕:温度上昇率(1分あたりの温度上昇量)
・S〔m²〕:光を受ける面積
C×Tで「1分あたりに吸収されるエネルギー〔J/分〕」が求まります。
これをSで割ると「1m²・1分あたりのエネルギー」になります。
さらに60で割ると、分を秒に換算して「1m²・1秒あたり〔W/m²〕」になります。
そのため、この選択肢は正しいです。
・(1℃上昇させるのに必要なエネルギー)×(温度上昇率(1分あたりの温度上昇量))
=(1分あたりに吸収されるエネルギー)
・(1分あたりに吸収されるエネルギー)÷(光を受ける面積)=(1m²・1分あたりに吸収されるエネルギー)
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02
まず、問題文から読み取れる情報を抜き出しましょう。
・光を受ける面積:S(m2)
・温度を1℃上昇させるのに必要なエネルギー:C(J/℃)
・実験での温度上昇率:T(℃/分)
・求めたいもの:1mm2、1秒あたりの太陽放射エネルギー量(W/m2)
①温度が1分間でT℃上昇するので、一分間に受けたエネルギー⇨E(1分)=C×T(J)
②1分=60秒なので、1秒あたりのエネルギーは、E(1秒)=C×T÷60(J/S)=W
③日射計の面積はS(m2)なので、1秒あたり1m2に換算すると
E(1秒)÷S=C×T÷60×S(W/m2)
④1mm2に直す
C×T÷60×S×106(W/m2)
よって、「C✕(1/S)✕T✕(1/60)」が正答となります。
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