大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）本試験
問3 (物理基礎（第1問） 問3)
問題文
次の文章中の空欄（ ア ）・（ イ ）に入れる式と語の組合せとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
図3のように、なめらかに動くピストンのついた容器に気体が閉じこめられている。最初、容器内の気体と大気の温度は等しい。気圧が一定の部屋の中でこの容器の底をお湯につけると、容器内の気体が膨張し、ピストンが押し上げられた。この間に、容器内の気体が受け取った熱量Qと容器内の気体がピストンにした仕事W′の間には（ ア ）という関係がある。Q＝W′とならないのは、容器内の気体の内部エネルギーが（ イ ）するためである。
図3のように、なめらかに動くピストンのついた容器に気体が閉じこめられている。最初、容器内の気体と大気の温度は等しい。気圧が一定の部屋の中でこの容器の底をお湯につけると、容器内の気体が膨張し、ピストンが押し上げられた。この間に、容器内の気体が受け取った熱量Qと容器内の気体がピストンにした仕事W′の間には（ ア ）という関係がある。Q＝W′とならないのは、容器内の気体の内部エネルギーが（ イ ）するためである。
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問題
大学入学共通テスト（理科）試験 令和5年度（2023年度）本試験 問3（物理基礎（第1問） 問3） （訂正依頼・報告はこちら）
次の文章中の空欄（ ア ）・（ イ ）に入れる式と語の組合せとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
図3のように、なめらかに動くピストンのついた容器に気体が閉じこめられている。最初、容器内の気体と大気の温度は等しい。気圧が一定の部屋の中でこの容器の底をお湯につけると、容器内の気体が膨張し、ピストンが押し上げられた。この間に、容器内の気体が受け取った熱量Qと容器内の気体がピストンにした仕事W′の間には（ ア ）という関係がある。Q＝W′とならないのは、容器内の気体の内部エネルギーが（ イ ）するためである。
図3のように、なめらかに動くピストンのついた容器に気体が閉じこめられている。最初、容器内の気体と大気の温度は等しい。気圧が一定の部屋の中でこの容器の底をお湯につけると、容器内の気体が膨張し、ピストンが押し上げられた。この間に、容器内の気体が受け取った熱量Qと容器内の気体がピストンにした仕事W′の間には（ ア ）という関係がある。Q＝W′とならないのは、容器内の気体の内部エネルギーが（ イ ）するためである。
- ア：Q＜W′ イ：増加
- ア：Q＜W′ イ：減少
- ア：Q＞W′ イ：増加
- ア：Q＞W′ イ：減少
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この過去問の解説 （1件）
01
解答 ア：Q＞W′ イ：増加
解説
熱力学第一法則を問う問題です。
まず問題文より、
気体が受け取った熱量 Q > 0
気体がピストンにした仕事 W' > 0
ということが読み取れます。
また、気体の内部エネルギーの変化をΔUとしておきます。
この問題はおそらく、感覚的に温度が上昇していることを
読み取ることが想定されている問題だと考えられます(補足参照)。
仮に温度が一定ならばQ = W'となり文章に合いません。
温度が上昇しているということは、
内部エネルギーが増加している ←イの答え
(ΔU>0)ということになります。
熱力学第一法則より
ΔU = Q - W'
の関係があります。 ΔU>0より
Q - W' > 0
よって
Q > W' ←アの答え
答えをまとめると ア：Q＞W′ イ：増加 となります。
補足
この問題では定圧変化が起こっています。
定圧膨張では温度が上昇することが知られています。
詳細は「物理基礎」ではなく「物理」の範囲となります
(教科書によっては発展的内容として紹介されています)。
この選択肢が正解となります。
温度上昇でΔU>0 吸熱でQ>0 膨張でW' > 0
熱力学第一法則 ΔU = Q - W'
これは 貯金の増加額 = 給料 - 出費 とおよそ同じイメージです。
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