共通テスト(理科) 過去問
令和8年度(2026年度)本試験
問13 (物理基礎(第3問) 問4)
問題文
次の文章を読み、後の問いに答えよ。
B 導体の中には、温度によって抵抗値が変化するものがある。このような導体を温度計として用いて、物質の比熱(比熱容量)を測定する装置について考える。
図1のように、抵抗器Aと抵抗器Bを直列につなぎ、電圧V0の電源と電圧計をつないだ回路をつくる。ここで、抵抗器Aの抵抗値RAは温度変化し、抵抗器Bの抵抗値は温度によらず常にR0であるとする。
図2のように、比熱を測定する試料をのせる試料台に図1に示した抵抗器Aを取りつけ、電圧Vの電源をつないだヒーターで試料台と試料を加熱する。ヒーターの抵抗値は温度によらず常にRであり、ヒーターで発生したジュール熱はすべて試料台と試料の温度上昇に使われるものとする。また、抵抗器Aの熱容量とそこで発生するジュール熱は無視できるものとし、試料台、試料、および抵抗器Aの温度は互いに等しいものとする。
試料をのせないで試料台を加熱する予備測定と、試料をのせた試料台を加熱する本測定を行う。二つの測定は、温度が同じ状態から開始する。試料をのせない予備測定では、時間tだけ加熱したところ、試料台の温度はΔTだけ上昇した。試料をのせた本測定では、試料台の熱容量に試料の熱容量が加わったため、試料と試料台の温度が同じΔTだけ上昇するのに必要な加熱時間は増加し、t′(t′>t)となった。
予備測定において、ヒーターで発生した熱量Qを表す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。
この予備測定から試料台の熱容量を求めることができる。
B 導体の中には、温度によって抵抗値が変化するものがある。このような導体を温度計として用いて、物質の比熱(比熱容量)を測定する装置について考える。
図1のように、抵抗器Aと抵抗器Bを直列につなぎ、電圧V0の電源と電圧計をつないだ回路をつくる。ここで、抵抗器Aの抵抗値RAは温度変化し、抵抗器Bの抵抗値は温度によらず常にR0であるとする。
図2のように、比熱を測定する試料をのせる試料台に図1に示した抵抗器Aを取りつけ、電圧Vの電源をつないだヒーターで試料台と試料を加熱する。ヒーターの抵抗値は温度によらず常にRであり、ヒーターで発生したジュール熱はすべて試料台と試料の温度上昇に使われるものとする。また、抵抗器Aの熱容量とそこで発生するジュール熱は無視できるものとし、試料台、試料、および抵抗器Aの温度は互いに等しいものとする。
試料をのせないで試料台を加熱する予備測定と、試料をのせた試料台を加熱する本測定を行う。二つの測定は、温度が同じ状態から開始する。試料をのせない予備測定では、時間tだけ加熱したところ、試料台の温度はΔTだけ上昇した。試料をのせた本測定では、試料台の熱容量に試料の熱容量が加わったため、試料と試料台の温度が同じΔTだけ上昇するのに必要な加熱時間は増加し、t′(t′>t)となった。
予備測定において、ヒーターで発生した熱量Qを表す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。
この予備測定から試料台の熱容量を求めることができる。
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問題
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共通テスト(理科)試験 令和8年度(2026年度)本試験 問13(物理基礎(第3問) 問4) (訂正依頼・報告はこちら)
次の文章を読み、後の問いに答えよ。
B 導体の中には、温度によって抵抗値が変化するものがある。このような導体を温度計として用いて、物質の比熱(比熱容量)を測定する装置について考える。
図1のように、抵抗器Aと抵抗器Bを直列につなぎ、電圧V0の電源と電圧計をつないだ回路をつくる。ここで、抵抗器Aの抵抗値RAは温度変化し、抵抗器Bの抵抗値は温度によらず常にR0であるとする。
図2のように、比熱を測定する試料をのせる試料台に図1に示した抵抗器Aを取りつけ、電圧Vの電源をつないだヒーターで試料台と試料を加熱する。ヒーターの抵抗値は温度によらず常にRであり、ヒーターで発生したジュール熱はすべて試料台と試料の温度上昇に使われるものとする。また、抵抗器Aの熱容量とそこで発生するジュール熱は無視できるものとし、試料台、試料、および抵抗器Aの温度は互いに等しいものとする。
試料をのせないで試料台を加熱する予備測定と、試料をのせた試料台を加熱する本測定を行う。二つの測定は、温度が同じ状態から開始する。試料をのせない予備測定では、時間tだけ加熱したところ、試料台の温度はΔTだけ上昇した。試料をのせた本測定では、試料台の熱容量に試料の熱容量が加わったため、試料と試料台の温度が同じΔTだけ上昇するのに必要な加熱時間は増加し、t′(t′>t)となった。
予備測定において、ヒーターで発生した熱量Qを表す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。
この予備測定から試料台の熱容量を求めることができる。
B 導体の中には、温度によって抵抗値が変化するものがある。このような導体を温度計として用いて、物質の比熱(比熱容量)を測定する装置について考える。
図1のように、抵抗器Aと抵抗器Bを直列につなぎ、電圧V0の電源と電圧計をつないだ回路をつくる。ここで、抵抗器Aの抵抗値RAは温度変化し、抵抗器Bの抵抗値は温度によらず常にR0であるとする。
図2のように、比熱を測定する試料をのせる試料台に図1に示した抵抗器Aを取りつけ、電圧Vの電源をつないだヒーターで試料台と試料を加熱する。ヒーターの抵抗値は温度によらず常にRであり、ヒーターで発生したジュール熱はすべて試料台と試料の温度上昇に使われるものとする。また、抵抗器Aの熱容量とそこで発生するジュール熱は無視できるものとし、試料台、試料、および抵抗器Aの温度は互いに等しいものとする。
試料をのせないで試料台を加熱する予備測定と、試料をのせた試料台を加熱する本測定を行う。二つの測定は、温度が同じ状態から開始する。試料をのせない予備測定では、時間tだけ加熱したところ、試料台の温度はΔTだけ上昇した。試料をのせた本測定では、試料台の熱容量に試料の熱容量が加わったため、試料と試料台の温度が同じΔTだけ上昇するのに必要な加熱時間は増加し、t′(t′>t)となった。
予備測定において、ヒーターで発生した熱量Qを表す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。
この予備測定から試料台の熱容量を求めることができる。
- RV2
- RV2t
- RV2ΔT
- V2/R
- (V2/R)t
- (V2/R)ΔT
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この過去問の解説 (2件)
01
電熱線の発熱量の計算式をまとめておきましょう。
Q(発熱量J)=W(電力)×t(時間s)
=V(電圧V)×I(電流A)×t(時間s)
問題では、電圧Vで時間tだけ電流を流した場合のヒーターの発熱量を求めます。
電流Iは分かっていないため、分かっている値(R、V)で表す必要があります。
ヒーターについて、発熱量の式から
Q(発熱量J)=W(電力)×t(時間s)
=V(電圧V)×I(電流A)×t(時間s)
=V×I×t
電流Iはオームの法則 V=R×I より変形して、
I=V/R
と表せます。電流Iを発熱量の式に当てはめると
Q=V×I×t
=V×(V/R)×t
=(V2/R)t
したがって正解は、(V2/R)t です。
※以上で求めた発熱量が試料台をΔT上昇させるためのエネルギーになります。
《熱量の式》Q(熱量)=C(熱容量)×T(温度) を使って、試料台の熱容量を求めていきましょう。
Q(発熱量J)=W(電力)×t(時間s)
=V(電圧V)×I(電流A)×t(時間s)
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02
ヒーターにかかる電圧はV、抵抗値はRなので、ヒーターで1秒間に発生する熱、つまり電力Pは、
P=V²/R
で表されます。
熱量Qは、「電力×時間」で求められるため、
Q=Pt
=(V²/R)t
となります。
したがって、予備測定で時間tだけ加熱したときにヒーターで発生した熱量は、(V²/R)tです。
ヒーターで発生する熱量を求めるときは、まず電力を求めます。
ヒーターの電力は、
P=V²/R
です。
さらに、時間tだけ加熱するので、
熱量Q
=電力×時間
=(V²/R)t
となります。
したがって、最も適当な式は、(V²/R)tです。
なお、この熱量はすべて試料台の温度上昇に使われるため、予備測定では、
熱量=試料台の熱容量×温度上昇
という関係を使って、試料台の熱容量を求めることができます。
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