解 答
用 紙
番 号
の解答用紙に解答しなさい。物
理
（理
工
学
部）
＜住環境デザイン学科・建築学科・都市環境工学科・機械工学科・電気電子工学科＞ 問題は 点満点で作成しています。Ⅰ
次の文を読み，各問いに対する最も適当な答えを，それぞれの解答群から一つ選び，その記号 を解答欄にマークせよ。数値は最も近い値を解答群から選べ。なお，本問で用いる「はかり」と は，機器内部のばねの伸縮により物体の重さを計測することができる機器である。また，水の密 度を kg／m ，重力加速度の大きさを ． m／s とする。（ 点） ［ ］ 図 のように，はかりの上に水を入れた容器をのせたところ，はかりの目盛りは容器と水 の質量の合計の ． kg を指し示していた。これに図 のように，体積が ． × − m で 密度が kg／m の金属のかたまりにばねを取り付けて沈めた。容器の底面に固定され たばね定数 N／m のばねは，その弾性力によって金属を支えている。ばねの質量は無視 できるほど軽く，また，ばねの体積は無視できるほど小さいものとして以下の問いに答えよ。 容器と水 はかり 3.0 容器と水 金属 ばね はかり 図 図問 ．金属の質量は何 kg か。 解答群 ． ． ． ． ． 問 ．金属にはたらく浮力の大きさは何 N か。 解答群 ． ． ． ． ． 問 ．ばねは自然長より何 mm 縮んでいるか。 解答群 ． ． ． ． ． 問 ．容器の底面からばねの下端にはたらく垂直抗力の大きさは何 N か。 解答群 ． ． ． ． ． 問 ．はかりの目盛りは何 kg を指し示しているか。 解答群 ． ． ． ． ．
［ ］ 図 の 器 具 を エ レ ベ ー タ 内 に 設 置 し た（図 ）。エ レ ベ ー タ は 静 か に 一 定 の 加 速 度 ． m／s で上昇をつづけている。以下の問いに答えよ。 上昇 図 問 ．金属にはたらく浮力の大きさは何 N か。 解答群 ． ． ． ． ． 問 ．ばねは自然長より何 mm 縮んでいるか。 解答群 ． ． ． ． ．
問 ．はかりの目盛りは何 kg を指し示しているか。 解答群 ． ． ． ． ． ［ ］［ ］の と き，は か り を 天 に 交 換 し た（図 ）。エ レ ベ ー タ は 静 か に 一 定 の 加 速 度 ． m／s で上昇をつづけている。以下の問いに答えよ。 上昇 容器と水 金属とばね 分銅 図 問 ．天 がつり合うためには，何 kg の分銅が必要か。 解答群 ． ． ． ． ．
Ⅱ
次の文を読み，各問いに対する最も適当な答えを，それぞれの解答群から一つ選び，その記号 を解答欄にマークせよ。また，記述問題への解答は指示による。（ 点） ［ ］ 電界の様子は電気力線を用いて視覚的に表すことができる。電界の方向は電気力線上の各 点での接線方向に一致し，電界の強さは電気力線に垂直な単位面積（ m ）を貫く電気力 線の本数によって表す。真空中における点電荷，導体球の静電的性質について，以下の問い に答えよ。ただし，真空の誘電率を ε 〔F／m〕とする。 問 ．図 のように，電気量 Q 〔C〕の正の点電荷から距離 r〔m〕離れた点での電界の強 さは何 N／C か。 解答群 πε Qr πε Q πε Q r πε Q r πε Q r 問 ．図 のように，半径 r〔m〕の球面を貫く電気力線の総本数は何本か。 解答群 ε Qr ε Q ε Q r ε Q r ε Q r 図問 ．外径が R 〔m〕，内径が r〔m〕で内部が空洞の電気的に中性の金属球殻で点電荷を 覆った。図 はその断面を表している。金属球殻の厚みは R−r〔m〕であり，球殻の 中心位置を座標の原点 O（ ， ）にとる。O には，電気量 Q 〔C〕の正の点電荷があ る。このとき，球殻内部の空洞部分の点 A（ xA， ）での電界の強さは何 N／C か。 解答群 πε Q πε Q xA πε Q xA πε Q xA 図 問 ．問 のとき，金属球殻外部の点 B（ xB， ）での電界の強さは何 N／C か。 解答群 πε Q πε Q xB πε Q xB πε Q xB 問 ．問 のとき，金属球殻外部の領域も含め，電気力線の概略図を解答用紙に描け。
［ ］ 図 に示すように，コイルおよび接続点 A と B の間に抵抗をつないだ回路がある。棒 磁石の N 極を下にして，上方よりコイルの中心軸に沿って一定の速さでその内部を通過さ せた。コイルの自己誘導による起電力を無視するものとして，以下の問いに答えよ。 図 問 ．棒磁石の N 極が上方より一定の速さでコイルに近づくとき，抵抗に流れる電流につ いて最も適切な記述を選べ。 解答群 A から B への向きに電流は徐々に減少しながら流れる。 B から A への向きに電流は徐々に減少しながら流れる。 A から B への向きに電流が流れ，その大きさは変わらない。 B から A への向きに電流が流れ，その大きさは変わらない。 A から B への向きに電流は徐々に増加しながら流れる。 B から A への向きに電流は徐々に増加しながら流れる。 電流は流れない。
問 ．棒磁石が一定の速さでコイルの上方より内部を通過した。抵抗に流れる電流 I 〔A〕
と時間〔s〕との関係を表したグラフで最も適切なものはどれか。なお，A から B へ の向きに流れる電流を正とする。
解答群
0 時間 0 時間
0 時間 0 時間
0 時間 0 時間
問 ．棒磁石を動かす速さを 倍にしたとき，抵抗に流れる電流の大きさの最大値について 最も適切な記述を選べ。 電流の大きさの最大値は 倍になる。 電流の大きさの最大値は 倍になる。 電流の大きさの最大値は変わらない。 電流の大きさの最大値は 倍になる。 電流の大きさの最大値は 倍になる。
Ⅲ
次の文を読み，各問いに対する最も適当な答えを，それぞれの解答群から一つ選び，その記号 を解答欄にマークせよ。記述問題への解答は指示による。また，数値は最も近い値を解答群から 選べ。（ 点） 圧力 PA〔Pa〕，体積 VA〔m 〕，温度 TA〔K〕，物質量 mol の単原子分子理想気体がある。 この気体の状態を状態 A とする。状態 A の気体を定圧変化させ，体積を 倍の VA〔m 〕に した。その状態を状態 B とする。その後，状態 B の気体を定積変化させ，圧力を半分の PA 〔Pa〕にした。その状態を状態 C とする。さらに，状態 C の気体を定圧変化させ，状態 A の 体積と等しくした。その状態を状態 D とする。そして，状態 D の気体を定積変化させ，はじ めの状態 A まで戻した。気体定数を R 〔J／（mol・K）〕として，以下の問いに答えよ。 問 ．状態 A → 状態 B → 状態 C → 状態 D → 状態 A の過程について，圧力 P 〔Pa〕と体積 V〔m 〕の関係を解答用紙中のグラフに描け。なお，状態 A は黒丸で既に記入されている。 状態 B，状態 C，状態 D を黒丸で示し，その横に状態 B，状態 C，状態 D と記入する こと。各過程を表す直線または曲線を状態間で結び，その過程が進む方向を矢印で明記する こと。 問 ．状態 A の状態方程式と内部エネルギー UA〔J〕を表す式の組合せを選べ。 解答群 PAVA＝ RTA ，UA＝ RTA PAVA＝ RTA ，UA＝ RTA PAVA＝ RTA ，UA＝ RTA PAVA＝ RTA ，UA＝ RTA PAVA＝ RTA ，UA＝ RTA 問 ．状態 A から状態 B への状態変化で，気体が外部にした仕事 WAB は何 J か。 解答群 PAVA PAVA PAVA PAVA PAVA問 ．状態 A から状態 B への状態変化で，気体が外部から与えられた熱量 QAB は何 J か。 解答群 PAVA PAVA PAVA PAVA PAVA 問 ．状態 B から状態 C への状態変化で，熱量と仕事について最も適切な記述を選べ。 解答群 気体は熱量を吸収して外部に仕事をした。 気体は熱量を放出して外部に仕事をした。 気体は熱量の移動がなく外部に仕事をした。 気体は熱量を吸収して外部に仕事をしなかった。 気体は熱量を放出して外部に仕事をしなかった。 問 ．状態 C から状態 D への状態変化で，気体が外部からされた仕事 WCD は何 J か。 解答群 PAVA PAVA PAVA PAVA PAVA 問 ．状態 D から状態 A への状態変化で，気体が外部から与えられた熱量 QDA は何 J か。 解答群 PAVA PAVA PAVA PAVA PAVA 問 ．状態 A → 状態 B → 状態 C → 状態 D → 状態 A の サイクルの間に，気体が外部にし た仕事の総和 W は何 J か。 解答群 PAVA PAVA PAVA PAVA PAVA
問 ．状態 A → 状態 B → 状態 C → 状態 D → 状態 A のサイクルにおける熱機関の熱効率 e
を求めよ。
解答群
