基礎問題集 - 物理(PHYSICS)vol.3
問題数は全部で100問あり、そのうち20問がランダムに出題されます。
正解の選択肢は1つのみです。問題の解答・解説は最後に表示されます。
制限時間はありません。問題は毎回ランダムで出題される点にご注意ください。
1 / 20
The equation \(x = 4 t + 5\), where x is a length (in metres) and t is a time (in seconds), describes:
方程式 x = 4 t + 5(xは位置、tは時間)は、位置が時間に対して一次関数であり、速度(velocity) v = dx/dt = 4 m/s が一定である等速直線運動(uniform rectilinear motion)を表す。定数5は初期位置(initial position)である。
・選択肢"uniformly accelerated motion with constant acceleration \(a = 2 m·s^{-2}\)"は、加速度を含む二次関数 \(x = \frac{1}{2} a t^2\) + … の形ではないので誤り。
・選択肢"uniform motion with constant speed \(v = 4 m·s^{-1}\)"が正しい。
・選択肢"a state of rest"なら x は時間に依らない定数でなければならないため誤り。
・選択肢"periodic motion"は正弦波などの周期関数であり、この一次式は周期性を持たない。誤り。
・選択肢"no uniquely correct answer"は誤りである。
→ 入試対策講座第2章を参照のこと
2 / 20
In which of the following motions is the centripetal acceleration zero?
向心加速度(centripetal acceleration)は軌道の曲率(curvature)に対応する加速度成分であり、直線運動(rectilinear motion)ではゼロである。等加速度直線運動では、加速度は運動方向に沿う成分のみであり、曲がりに伴う成分は存在しない。
・選択肢"Uniformly accelerated rectilinear motion"では軌道が直線であり、向心加速度はゼロで正しい。
・選択肢"Uniform circular motion"や"Accelerated circular motion"では、半径方向の向心加速度が常に存在するためゼロではない。
・選択肢"Parabolic motion"も曲線軌道であり、進行方向が変化するので向心加速度はゼロではない。
→ 入試対策講座第5章を参照のこと
3 / 20
A quartz plate vibrates, performing \(10^7\) oscillations per second. The oscillation period is:
振動数(frequency)fは1秒あたりの振動数であり、周期(period)Tとは T = 1/f の関係にある。\(10^7\) 回/秒の振動なら \(f = 10^7\) Hz なので \(T = 1 / 10^7 s = 10^{-7} s\) となる。
・選択肢"\(10^{-7}\) s"について 計算結果と一致し、この選択肢が正しい。
・選択肢"\(10^7\) s"について これは10⁷秒という非常に長い時間であり、逆数を取り違えている。誤り。
・選択肢"\(10^{-7}\)Hz"や"\(10^7\) Hz"について いずれも周波数の単位Hzが付いており、「周期」を問う問題には合わない。誤りである。
→ 入試対策講座第6章を参照のこと
4 / 20
The second law of thermodynamics excludes the possibility of:
熱力学第二法則(second law of thermodynamics)のケルビン・プランクの表現によれば、「1つの熱源(heat reservoir)から受け取った熱を、他に何の変化も残さず全部仕事(work)に変える周期的(cyclic)な熱機関(heat engine)は存在しない」とされる。
・選択肢"converting all the heat into work in a cyclic process"がこの内容を正しく述べており正しい。
・選択肢"converting all the heat into work in an isothermal process"は、単一の等温変化ではなく「閉じたサイクル」に対する主張なので不適切である。
・選択肢"producing work by means of heat"や"converting heat into work"自体は制限付きで可能であり、第二法則で禁止されてはいない。
→ 入試対策講座第7章を参照のこと
5 / 20
In which of the following media can sound NOT propagate?
音(sound)は媒質の疎密波として伝わる機械的波動であり、媒質となる物質が存在しない真空(vacuum)では伝播できない。
・選択肢"water"、"water vapour"、"ice"はいずれも物質であり、音はこれらの中を伝播できる。
・選択肢"vacuum"では音は伝わらないため、この選択肢が正しい。
6 / 20
The trajectory resulting from the uniform circular motion of a point in a plane which itself moves with uniform rectilinear motion along the perpendicular to that plane is:
ある点が平面内で等速円運動(uniform circular motion)をし、その平面自体がそれに垂直な方向に等速直線運動(uniform rectilinear motion)するとき、3次元空間で見た軌跡(trajectory)はらせん(helix)となる。
・選択肢"an ellipse"、"a parabola"、"a hyperbola"はいずれも平面曲線であり、このような3次元の合成運動の軌跡にはならない。誤り。
・選択肢"a helix"が正しい。
7 / 20
Dimensionally, an acceleration is:
加速度(acceleration)の定義は速度(velocity)の時間微分であり、速度は長さ/時間(m/s)であるから、加速度の次元は \([加速度] = [長さ]/[時間]^2\) となる。
8 / 20
When a liquid in an open container evaporates, in general the liquid:
開放容器中で液体(liquid)が蒸発(evaporation)するとき、液体表面から飛び出す分子は平均より大きな運動エネルギー(kinetic energy)を持っている。この高エネルギー分子が抜けることで残った液体の平均運動エネルギーが減少し、温度(temperature)が低下する。
9 / 20
What is meant by “one mole” of a substance?
mol(mole)は、アボガドロ数(Avogadro’s number)の粒子(atoms, molecules など)を含む物質量(amount of substance)であり、「分子量と同じ数値の質量(g)」をもつ物質量に相当する。
たとえば分子量18の水なら18 g が 1 mol である。
・選択肢"An amount of substance greater than 1 kg"は重量に関係なく定義されるので誤り。
・選択肢"A mass in grams equal to the molecular weight"が、化学でよく使う実用的定義を述べており正しい。
・選択肢"The weight in grams of a single molecule"は1分子分であり、モルとは正反対の概念である。
・選択肢"The number of molecules contained in 1 kg"も物質ごとに異なり、定義ではない。
・選択肢"no uniquely correct answer"は誤り。
→ 入試対策講座第9章を参照のこと
10 / 20
The ratio between the periods of revolution of two satellites moving in circular orbits of radii R and R/4 respectively is:
ケプラーの第三法則(Kepler’s third law)によれば、同じ中心質量のまわりの円軌道では周期(period)T が半径rの 3/2 乗に比例する:\(T ∝ r^{3/2}\)
半径RとR/4の軌道を考えると、
\(T(R) / T(R/4) = (R^{3/2}) / ((R/4)^{3/2}) = (R^{3/2}) / (R^{3/2}/8) = 8\)
11 / 20
The boiling temperature of a liquid:
沸点(boiling temperature)は、液体の飽和蒸気圧が外圧に等しくなる温度である。したがって、外圧(applied pressure)が変われば沸点も変化する。
・選択肢"is an absolute physical constant"は誤り。
・選択肢"depends on the mass of the liquid"や"… density"は沸点そのものには影響しない。
12 / 20
A suitcase with wheels of radius 5 cm is pulled at 7.2 km/h. The angular speed of the wheels, in SI units, is:
車輪の半径 r = 5 cm = 0.05 m。
スーツケースの速度 v は 7.2 km/h = 7.2/3.6 = 2 m/s。
角速度(angular speed)ωは
ω = v / r = 2 / 0.05 = 40 rad/s
13 / 20
If a sound propagates in a given medium with a speed of 500 m/s and has a frequency of 100 Hz, the wavelength of this sound is:
波の速さ(wave speed)v、周波数(frequency)f、波長(wavelength)λの関係は v = f λ である。
v = 500 m/s、f = 100 Hz より、λ = v / f = 500 / 100 = 5 m となる。
14 / 20
Which of the following quantities can be measured in kg/m³?
\(kg/m^3\) は質量密度(density)の単位であるため、「どの量がこの単位で表されうるか」という問いには密度が適切である。
・選択肢"density"について 質量/体積を表す量であり、\(kg/m^3\)で表現できる。この選択肢が正しい。
・選択肢"specific weight"について 比重(specific weight)は \(N/m^3\) の単位であり、質量密度とは異なる。
・選択肢"kinetic energy"について 運動エネルギーの単位はJ(\(kg·m^2/s^2\))であり、\(kg/m^3\)とは一致しない。
・選択肢"acceleration"について 加速度は \(m/s^2\) が単位である。
→ 入試対策講座第1章を参照のこと
15 / 20
How much heat is dissipated in one hour by a common 60-watt incandescent lamp powered from the mains?
電力(power)60 Wのランプは1秒あたり60 Jのエネルギーを消費する。1時間は3600 s なので、放出されるエネルギーは E = 60 × 3600 = 216 000 Jである。
1 cal ≈ 4.18 J とすると、\(216000 / 4.18 ≈ 5.1 × 10^4 cal\) となり、およそ50000 カロリー(about 50 000 calories)である。
16 / 20
On what principle does a mercury thermometer work?
水銀温度計(mercury thermometer)は、水銀(mercury)の熱膨張(thermal expansion)を利用している。温度が上がると水銀の体積(volume)が増え、細い管内を上昇し、その高さを目盛りに対応させる。
・密度(density)の変化ではなく体積の増加であり、選択肢"On the increase in volume …"が正しい。
17 / 20
Ten kilowatts correspond to a power equal to:
1 ワット(watt, W)は 1 J/s であり、1 キロワット(kilowatt, kW)は 1000 W である。
よって 10 kW = 10 000 W = 10 000 J/s となる。
・選択肢"10 J/s"は 10 W にすぎず、10 kW とは桁違いで誤りである。
・選択肢"10 000 J/s"が正しい。
・選択肢"10 000 J·s"はエネルギー×時間の次元でありパワーではない。
・選択肢"10 000 J/min"も単位が異なり誤りである。
→ 入試対策講座第4章を参照のこと
18 / 20
A vessel containing water stands on the pan of a balance, which reads a weight P₀. If a small iron sphere is placed in the water and held from outside by a string so that the sphere is completely immersed but does not touch the bottom, what does the balance read?
鉄球には重さ(weight)W、浮力(buoyant force)\(F_a\)、糸の張力(tension)Tが働き、静止しているので \(W = F_a + T\) となる。
水は球に上向きの浮力 \(F_a\) を及ぼし、その反作用として球から同じ大きさの下向きの力 \(F_a\) を受ける。
この分だけ水+容器が天秤に余計な力を与えるため、天秤の示す値は「元の水の重さ+押しのけられた水の重さ」に相当し、増加分は浮力と同じ大きさになる。
・選択肢"… equal to the weight of the sphere"は、糸が一部重さを支えているので誤り。
・選択肢"… equal to the weight of the liquid displaced by the sphere"がアルキメデスの原理から正しい。
・選択肢"… equal to the sum of the weights of the sphere and of the displaced liquid"は二重に数えており誤りである。
・選択肢"No change in weight"は水が球を支えている分が天秤に伝わるため誤り。
→ 入試対策講座第3章を参照のこと
19 / 20
In the motion of a body, the acceleration and the velocity are vectors which:
一般の運動では、速度ベクトル(velocity vector)と加速度ベクトル(acceleration vector)の方向・向きの関係は状況によって異なる。直線等加速度運動では平行または反平行、等速円運動では常に垂直などであり、「常に〜」という形で一般化することはできない。
・選択肢"always have the same direction and the same sense"は、減速している直線運動(速度と加速度が逆向き)の場合に成立しないため誤りである。
・選択肢"always have the same direction"も円運動のように直交する場合があるため誤り。
・選択肢"always have the same sense"も同様に一般には成り立たない。
・選択肢"none of the previous answers is correct"が、一般論として適切であり正しい。
20 / 20
At constant temperature, if the pressure of a perfect gas doubles, its volume:
理想気体(perfect gas)の等温変化(isothermal process)では、ボイルの法則(Boyle’s law)より、圧力(pressure)Pと体積(volume)Vの積は一定で、P V = 一定 となる。また、温度一定のまま圧力が2倍になると、Pが2倍・PV一定よりVは1/2になる。
・選択肢"remains unchanged, because it is well known that the volume of a gas depends only on temperature" → 体積は温度だけでなく圧力にも依存するので誤りである。
・選択肢"cannot remain constant, because compression heats the gas and the temperature cannot stay constant" → 問題文では温度一定と明示されており、ゆっくり外部と熱交換すれば温度一定のまま圧縮できるので、この説明は誤りである。
・選択肢"halves"がボイルの法則から正しい。
・選択肢"doubles"はPV一定と矛盾する。
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