基礎問題集 - 物理(PHYSICS)vol.4
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
Ten kilowatts is a power equal to:
1 キロワット(kilowatt)は1000 ワット(watt)であり、1 W = 1 J/s なので、10 kW = 10 000 W = 10 000 J/sとなる。
・選択肢"10 J/s"について これは10 Wに相当し、10 kWとは3桁違う。誤り。
・選択肢"10 000 J/s"について 上の換算に一致し、この選択肢が正しい。
・選択肢"10 000 J·s"について J·s はエネルギー×時間であり、パワーの単位ではない。誤り。
・選択肢"10 000 J/min"について 単位がJ/minになっており、kWと一致しない。誤りである。
→ 入試対策講座第4章を参照のこと
2 / 20
The kinetic energy of a body is:
運動エネルギー(kinetic energy)は \(K = \frac{1}{2} mv^2\) であり、速度vが一定であれば質量mに比例して増える。
・選択肢"directly proportional to its mass"について vを固定すると K ∝ m であり、この記述は正しい。
・選択肢"directly proportional to its velocity"について Kはvに一次比例ではなくv²に比例するため、「速度に比例する」という表現は誤りである。
・選択肢"directly proportional to its height"について 高さに比例するのは重力による位置エネルギー(gravitational potential energy)であり、運動エネルギーではない。誤り。
・選択肢"inversely proportional to the square of its velocity"について \(v^2\) の逆数に反比例するのではなく、むしろ \(v^2\) に比例する。向きが逆で誤りである。
3 / 20
The frequency f in simple harmonic motion is related to the period T by:
単振動(simple harmonic motion)や周期運動(periodic motion)では、周期(period)Tは1回の振動に要する時間、周波数(frequency)fは1秒間に起こる振動の回数であり、関係は f = 1/T である。
・選択肢"\(f = T^{-1}\)"について f = 1/T をそのまま表しており、正しい。
・選択肢"f = 2πT"について 2πは角周波数(angular frequency)との関係に現れるが、この式は不適切である。誤り。
・選択肢"f = 2π/T"について これは角周波数 ω = 2π/T をfと混同しており、fの式としては誤りである。
・選択肢"f = T"について 周波数と周期は逆数の関係であり、等しくはない。誤り。
→ 入試対策講座第5章を参照のこと
4 / 20
Surface tension is:
表面張力(surface tension)は、液体(liquid)の自由表面に沿って働く単位長さあたりの引っ張り力(tangential force per unit length)である。SI単位は N/m となる。
・選択肢"the stress to which the surface of a body is subjected"について これは表面応力(surface stress)のような曖昧な表現であり、定義として不正確である。
・選択肢"the tangential force along the free surface of a liquid acting on a length of perimeter equal to one unit"について 単位長さあたりの接線方向の力という表面張力の定義を正しく述べており、この選択肢が正しい。
・選択肢"the curvature assumed in a capillary by the rising or falling liquid meniscus"について 毛細管現象(capillarity)に伴うメニスカス(meniscus)の曲率は表面張力の結果であり、定義ではない。誤り。
・選択肢"the force acting on the unit area of a fluid"について これは圧力(pressure)の定義であり、表面張力とは異なる。
→ 入試対策講座第3章を参照のこと
5 / 20
Which of the following quantities is vector in nature?
ベクトル量(vector quantity)は大きさと向きの両方を持つ物理量である。速度(velocity)は大きさとしての速さと、運動の向きの両方を持つため典型的なベクトル量である。
・選択肢"kinetic energy"について 運動エネルギー(kinetic energy)は大きさのみを持つスカラー量(scalar quantity)であり、方向は定義されない。誤り。
・選択肢"mass"について 質量(mass)もスカラー量である。誤りである。
・選択肢"work"について 仕事(work)はスカラー量であり、向きを持たない。誤り。
・選択肢"velocity"について 大きさと向きを持つベクトル量であり、この選択肢が正しい。
→ 入試対策講座第1章を参照のこと
6 / 20
The thrust of a rocket engine is produced:
ロケット(rocket)の推力(thrust)は、ロケットと排気ガス(exhaust gas)からなる系の内部で作用反作用(action–reaction)が働くことにより生じる。ガスが後方に高速で噴出すると、その反作用としてロケット本体が前方へ加速される。
・選択肢"by internal forces within the exhaust-gas–rocket system"について ロケット+ガスを一つの系と見たとき、内部の相互作用によって外部の空気に頼らず推力が得られることを正しく説明しており、この選択肢が正しい。
・選択肢"by compression of the exhaust jet on the air underneath"について 空気がなくてもロケットは宇宙空間で推進できるため、空気との相互作用は本質ではない。誤り。
・選択肢"by compression of the exhaust jet on the gas previously expelled"について 実際にはガスの運動量変化と反作用が本質であり、「先に出たガスを押す」ことが推力の本質ではない。誤りである。
・選択肢"by inertia"について 慣性は速度を保つ性質であり、推力としての「加速の原因」ではない。誤り。
・選択肢"no uniquely correct answer"について 内部力による作用反作用という明確な説明があるので誤りである。
7 / 20
Newton’s second law states that:
ニュートンの第二法則(Newton’s second law)は、合力(resultant force)Fと加速度(acceleration)a、質量mの関係 F = ma を述べる基本法則である。
・選択肢"the resultant of the forces applied to a body is equal to the product of the mass of the body and its acceleration"について F = ma を正しく表しており、第二法則そのものであるため正しい。
・選択肢"the sum of the potential energy and the kinetic energy is constant"について これは力学的エネルギー保存(mechanical energy conservation)の話であり、ポテンシャルが保存力であるときに成り立つ別の原理であって、第二法則ではない。誤り。
・選択肢"the weight is a conservative force"について 重力が保存力であることを述べているが、第二法則の内容ではない。誤りである。
・選択肢"to every action there corresponds an equal and opposite reaction"について これは第三法則の内容であり、第二法則ではない。誤り。
8 / 20
On how many principles is dynamics based?
古典力学の運動の法則としての力学(dynamics)は、ニュートンの三つの法則(three laws of motion)に基づいている。
・選択肢"1"について 第一法則だけでは運動全体は記述できない。誤り。 ・選択肢"2"について
二つだけでは第三法則の内容が欠ける。誤りである。
・選択肢"3"について 第一法則・第二法則・第三法則の三つが基本原理であり、この選択肢が正しい。
・選択肢"4"について 古典的な基本原理は三つであり、四つというのは誤り。
・選択肢"no uniquely correct answer"について 三つという明確な答えがあるので誤りである。
9 / 20
A system of bodies is said to be isolated if:
孤立系(isolated system)とは、外力(external force)の合力がゼロであり、外とのエネルギーや運動量のやり取りが無視できる系を指す。
・選択肢"the resultant of the forces acting on it from outside is zero"について 外力の合力がゼロであれば、運動量(momentum)が保存される孤立系とみなせる。定義として適切であり正しい。
・選択肢"its kinetic energy is zero"について 運動エネルギーがゼロであることと孤立かどうかは無関係であり、静止していても外力を受けている場合がある。誤り。
・選択肢"its potential energy is zero"について 位置エネルギーの基準は任意であり、ゼロであるかどうかは物理的意味を持たない。孤立系の条件ではないので誤り。
・選択肢"its mechanical energy is zero"について 力学的エネルギーがゼロであっても外力が働いている場合があり、孤立系の定義とは無関係である。誤りである。
・選択肢"no uniquely correct answer"について 外力の合力ゼロという明確な条件があるので誤り。
10 / 20
The weight and mass of a body are quantities that are:
質量(mass)m と重さ(weight)Wの関係は W = mg であり、同じ場所ではgが一定なので両者は比例関係にある。
・選択肢"expressed in the same units"について 質量はkg、重さはNで表し、単位は異なる。誤り。
・選択肢"equal in numerical value in the SI"について SIでは数値も一般に異なる。例として1 kgの物体の重さは約9.8 Nであり、数値も一致しない。誤りである。
・選択肢"directly proportional"について W = mg という関係から明らかに比例関係であり、この選択肢が正しい。
・選択肢"inversely proportional"について 反比例ではないので誤り。
11 / 20
The density of water, expressed in the International System (MKSA), is approximately:
水(water)の密度(density)はおよそ \(1 g/cm^3\) であり、SI単位系(MKSA)では \(1000 kg/m^3\) に相当する。
12 / 20
How many cubic metres are contained in one millilitre?
1 ミリリットル(mL)は \(1 cm^3\) に等しい。\(1 cm = 10^{-2} m\) なので、\(1 cm^3 = (10^{-2} m)^3 = 10^{-6} m^3\) となる。
13 / 20
A car travelling at 100 km/h meets another car coming in the opposite direction at 50 km/h. The relative speed between the two cars is:
一方の車が100 km/h、反対向きの車が50 km/hで近づくとき、相対速度(relative speed)は2つの速度のベクトル和になり、大きさは100 + 50 = 150 km/h となる。
選択肢"150 km/h"について 方向が正反対なので、速さは単純に足し合わせればよい。この値が正しい。
選択肢"75 km/h"について これは2つの速さの平均であり、相対速度とは異なる。誤り。
選択肢"50 km/h"について どちらか一方の速度に過ぎず、相対速度ではない。誤りである。
選択肢"25 km/h"について 差を取った場合の値であり、同じ方向に進んでいる時の相対速度に対応する。今回の状況とは違うので誤り。
→ 入試対策講座第2章を参照のこと
14 / 20
Which of the following statements is true?
音(sound)は媒質中の疎密波として伝わる縦波(longitudinal wave)であり、典型的な波動(wave)現象である。一方、光(light)やガンマ線(gamma rays)は電磁波(electromagnetic radiation)であり、真空中も伝播できる。
・選択肢"gamma rays are not electromagnetic radiation"について ガンマ線は高エネルギーの電磁波であり、この記述は明らかに誤り。
・選択肢"light does not propagate in a vacuum"について 光は真空中を伝播できるので、逆の内容となり誤りである。
・選択肢"sound propagates in a vacuum"について 音波は媒質がないと伝わらないため、真空中では伝播しない。誤り。
・選択肢"sound has a wave-like nature"について 音が波動としての性質を持つことを正しく述べており、この選択肢が正しい。
→ 入試対策講座第6章を参照のこと
15 / 20
Why do stiletto-heeled shoes leave more visible marks on linoleum floors than other shoes?
圧力(pressure)は P = F/A で表され、同じ力Fでも接触面積Aが小さいほど圧力は大きくなる。ピンヒール(stiletto heel)は接触面積が非常に小さいため、床に大きな圧力がかかり跡が残りやすい。
・選択肢"Because they are made of harder materials"について 材質の硬さは跡の付きやすさに影響することもあるが、ここで支配的なのは接触面積による圧力の違いである。説明として不十分で誤り。
・選択肢"Because they do not allow the floor to exert its reaction"について 床は必ず反力(reaction)を及ぼすため、この記述は物理的に誤りである。
・選択肢"Because they are heavier than other shoes"について ピンヒールが特別重いとは限らない。重さが同じでも面積が小さければ圧力が大きくなる。説明として不適切で誤り。
・選択肢"Because, as the contact area of the stiletto heels is smaller, higher pressures are exerted"について 同じ重さでも面積が小さいと圧力が増すため、床により深い跡が残る。この説明が物理的に正しい。
16 / 20
The moment of a force with respect to a point is defined as:
ある点に対する力のモーメント(moment of a force)は、位置ベクトル(lever arm)rと力Fのベクトル積(vector product) M = r × F で定義される。大きさは M = rF sinθ である。
・選択肢"the product of the force and the time"について 力と時間の積は力積(impulse)であり、モーメントではない。誤り。
・選択肢"the vector product of the force and its lever arm"について 定義そのものであり、正しい。
・選択肢"the product of the force and its displacement"について これは仕事(work)であり、モーメントとは異なる。誤り。
・選択肢"the product of the force and the velocity of the body on which it acts"について 力と速度の積はパワー(power)に関連する量であり、モーメントではない。誤りである。
17 / 20
Why does the same body weigh less on the Moon than on the Earth?
重力加速度(gravitational acceleration)g は g = GM/R² で決まり、重さ(weight)W = mg である。月(Moon)は地球(Earth)より質量(mass)Mが小さいため、その表面近くでのgも小さくなり、同じ質量の物体でも重さが小さくなる。
・選択肢"Because the Moon has a lower surface density than the Earth"について 表面の密度(surface density)は直接gを決める量ではなく、質量と半径が重要である。説明として不適切で誤り。
・選択肢"Because the Moon has a smaller mass than the Earth"について 月の質量が小さいため、月表面での重力加速度が地球より小さくなり、同じ物体の重さは小さくなる。この説明は正しい。
・選択肢"Because the Moon has a smaller volume than the Earth"について 体積(volume)が小さいからといって、必ずしも重力加速度が小さいとは限らない。質量との関係で決まるので、この説明は不十分で誤り。
・選択肢"Because there is no atmosphere on the Moon"について 大気(atmosphere)の有無は重力の大きさには直接関係ない。重さの違いの主因ではないので誤り。
18 / 20
Equilibrium is said to be unstable if:
不安定平衡(unstable equilibrium)とは、少しでも位置をずらすと元の平衡位置に戻らず、むしろ遠ざかってしまうような平衡状態を指す。
・選択肢"the body, however it is displaced, spontaneously returns to its initial position"について どの方向にずらしても元の位置に戻るのは安定平衡(stable equilibrium)の特徴であり、不安定ではない。誤り。
・選択肢"the body, even if slightly displaced, never spontaneously returns to its initial position"について わずかな変位でも元へ戻らない性質が不安定平衡の定義であり、この選択肢が正しい。
・選択肢"the body, however it is displaced, always assumes a position of equilibrium similar to the initial one"について これは中立平衡(neutral equilibrium)に近い性質であり、不安定平衡ではない。誤り。
・選択肢"the body, however it is displaced, comes to an intermediate position between the initial and the final one"について 曖昧で、不安定平衡の標準的な説明にはなっていない。誤りである。
19 / 20
The mass and the weight of a body:
質量(mass)m に対し、重さ(weight)Wは W = mg で表されるので比例関係にある。ただし単位も数値も一般には一致しない。
・選択肢"coincide"について 質量はkg、重さはNで測り、物理量としても異なるので「一致する」とは言えない。誤りである。
・選択肢"are proportional"について 重さは一定の重力加速度gのもとでは質量に比例するため、この記述は正しい。
・選択肢"are inversely proportional and have the same unit of measure"について 反比例ではなく比例であり、しかも単位も異なるので二重に誤りである。
・選択肢"have the same numerical value"について 数値が同じになるのは、特定の単位系(質量をkg、力をkgfで表す場合など)のときだけで、SIでは一般に成立しない。誤り。
・選択肢"no uniquely correct answer"について 比例関係という正しい選択肢があるので誤りである。
20 / 20
Which of the following units cannot be used to denote the weight of a body?
重さ(weight)は力(force)であり、その単位にはニュートン(newton)、ダイン(dyne)、kgf(gram-force など)を用いる。一方、ジュール(joule)はエネルギーや仕事の単位であり、重さの単位としては使わない。
・選択肢"dyne"について cgs系の力の単位であり、重さを表しうる。
・選択肢"joule"について エネルギーや仕事の単位であり、力の単位ではない。この選択肢が「重さを表せない単位」として正しい。
・選択肢"newton"について SIにおける力の単位であり、重さを表すのに使える。
・選択肢"gram-force"について kgfやgfは力の単位として重さによく用いられる。
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