共通テスト(理科) 過去問
令和6年度(2024年度)本試験
問10 (物理基礎(第3問) 問1)

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問題

共通テスト(理科)試験 令和6年度(2024年度)本試験 問10(物理基礎(第3問) 問1) (訂正依頼・報告はこちら)

空気中を伝わる音について、次の問いに答えよ。ただし、風の影響は無視できるものとする。

音の速さに関する次の文章中の空欄( ア )・( イ )に入れる語と文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。

気温が0℃のときと30℃のときで、音の速さを比べると、30℃のときの方が( ア )。また、気温0℃と30℃で、同じ振動数の音の波長を比べると、( イ )。
  • ア:大きい  イ:30℃のときの方が長い
  • ア:大きい  イ:30℃のときの方が短い
  • ア:大きい  イ:同じ長さである
  • ア:小さい  イ:30℃のときの方が長い
  • ア:小さい  イ:30℃のときの方が短い
  • ア:小さい  イ:同じ長さである

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この過去問の解説 (3件)

01

「(ア)大きい (イ)30℃のほうが長くなる」が正解です。

 

空気中を伝わる音の速さv(m/s) は、気温t(℃) と下記の関係があります。

 

v= 331.5 + 0.6t


※ここでtの単位は℃であり、絶対温度ではないことに気をつけましょう。

 

このように音の速さは温度に比例するため、気温の高いほうが音の速さはより速くなります。

 

また、物理では「速さ」を「大きさはあるが方向のないもの」と扱います。
そのため、「速さ」はより厳密には、「速い」「遅い」ではなく、「大きい」「小さい」の表現が適切となります。

 


音の速さが温度に比例することは、夏のほうが雷の音が間近に迫って聞こえるのを思い出すとわかりやすいでしょう。

 

ちなみによくある「音の速さは340m/sとする」というのは、気温が15℃のときの話です。
今の時代では平均気温がやや上がっているため、音の速さの平均も340m/sよりもう少し速いかもしれません。


 

空欄(イ)は波の基本公式、

v=fλ

より、

f=v/λ

となることを思い出しましょう。


0℃のときの振動数をf1、30℃のときの振動数をf2とすると、

f1=v1/λ1
f2=v2/λ2
と表せます。

 

ここで、問題文より「同じ振動数」とあるため、

f1=f2

が成り立ちます。

 

つまり、
v1/λ1=v2/λ2
となります。

 

ここで、問題文より、
v1<v2
のため、波長は、
λ1<λ2
とならなければなりません。

 

つまり、波長は長くなるということです。

選択肢1. ア:大きい  イ:30℃のときの方が長い

この選択肢が適当です。

まとめ

何が変化し、何が変化していないのか、よく見極めましょう。

 

速さを大小で語る物理の世界にも慣れておきましょう。

参考になった数0

02

空気中を伝わる音の速さ V (m/s) は、気温 t (℃) と

 

V = 331.5 + 0.6t 

 

という関係があります。つまり、気温が高くなるほど音の速さは大きくなります。したがって、0℃のときと30℃のときを比べると、30℃のときの方が音の速さは大きくなります。

波の基本公式は、

 

V = fλ

 

となります。同じ振動数の音を比べているため、f は一定です。 振動数 f が一定の場合、波の速さ V が大きくなれば、それに比例して波長 λ も長くなります。 したがって30℃のときの方が音が速いため、波長も30℃のときの方が長くなります。

 

選択肢1. ア:大きい  イ:30℃のときの方が長い

よってこの選択肢が正解となります。

参考になった数0

03

解答 ア:大きい  イ:30℃のときの方が長い

 

解説

気温が0℃のときと30℃のときの音速および

波長を比較する問題です。

 

音速と気温の関係式は、音速を V m/s、気温を t ℃ として、

V = 331.5 + 0.6t

です。この式より、気温が高いほど音速が大きいことがわかります。

具体的には、

0℃ のとき 331.5m/s

30℃ のとき 349.5m/s

です。よって答えは ア: 大きい となります。

 

次に波長を比較します。問題文より振動数fは同じ場合を考えます。

波長λは λ=V/f であるので、Vが大きい方がλが長くなります。

Vが大きいのは30℃の方なので、答えは

イ: 30℃のときの方が長い となります。

選択肢1. ア:大きい  イ:30℃のときの方が長い

この選択肢が正解となります。

まとめ

【暗記事項】

音速を V m/s、気温を t ℃ として、

音速と気温の関係式: V = 331.5 + 0.6t

 

特に気温15℃で 340.5 m/s であり、この小数点以下を

切り捨てた 340 m/s がよく使われます。

参考になった数0