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【須磨学園中学過去問解説】2020年度 理科 第2回 大問3

須磨学園中過去問 2020年度 理科 第2回 大問3

問題文をそのまま掲載すると著作権上問題となるため、学校サイトの過去問PDFを見てください。そしてまず自分で解いてみてから以下の解説を読んでください。

「圧力と浮力」に関する問題です。ペットボトルを握ると浮沈子の体積が小さくなり、沈むメカニズムは一見複雑そうですが、圧力と浮力の基本的な知識を使って落ち着いて考えれば理解できると思います。

問1 難易度:★★☆☆☆

ある操作を加えることで小さな容器が沈むということは、下向きの力が大きくなるか、上向きの力が大きくなるかのどちらかです。下向きの重力を変えることは難しいので、上向きの浮力を小さくできるかについて考えます。

浮力はその物体が押しのけている液体の重さに相当するので、ペットボトルを強く握って体積を縮めると、それに伴って小さな容器の中の空気の体積が小さくって浮力が減少し、結果として小さな容器は沈みます。

問2 難易度:★★☆☆☆

(ア)おもりが入った小さな容器には下向きの重力と上向きの浮力がつりあった状態で静止しています。よって、浮力の大きさは容器とおもりの重さと等しくなるので、20g。

(イ)(ウ)水の密度がg/㎤であることから、水中で浮いて静止しているとき、小さな容器の体積は20㎤となることが分かります。

問3 難易度:★☆☆☆☆

水1Lは1000mLであり、1000㎤です。水の密度は1g/㎤なので、水1Lの重さは1000×1=1000g(1kg)となります。

問4 難易度:★★★☆☆

強く握ることでペットボトルの容積が小さくなり、ペットボトル内の水圧が上昇すると、水が小さな容器をおすことになるので、小さな容器の体積が小さくなります。

【解答例】
ペットボトルの容積が小さくなり、水圧が大きくなるから

問5 難易度:★★☆☆☆

小さな容器の体積が20%小さくなると、それに伴って浮力も20%減少します。よって、浮力は20×0.8=16gとなります。

重力は変化しないので、残りの20ー16=4gをペットボトルの底面がささえていることになります。

問6 難易度:★★☆☆☆

まず通常よりも富士山頂では気圧が下がります。

浮沈子には通常の気圧のもとで入れた空気が入っています。周囲の気圧が下がると、ペットボトルを押す力が小さくなり、水圧も下がるので浮沈子の体積は大きくなります。

浮沈子の体積が大きくなると、浮力が大きくなるので、浮沈子は浮き上がります。

 

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