入試問題

わかりやすく解説! センター物理(2019年度)第5問

どうも、かきのたねです。

今回は2019年度のセンター物理をわかりやすく解説していきます。

次は第5問。

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問1:定積変化, 定圧変化 答:1

【公式】等温グラフと断熱グラフ

気体の状態方程式\( PV = nRT \)から、等温過程は反比例のグラフになる。

つまり点Aから等温グラフより上側に変化すれば温度は上昇し、下側に変化すれば温度は減少する。

断熱過程では、圧力をかけて(仕事を加えて)体積を小さくしても熱が外へ逃げていかずに温度が高くなる。また圧力を緩めて(仕事を取り出して)体積を大きくしても外界から熱を吸収できずに温度が低くなる。

そのため断熱グラフは等温グラフより傾きが急になる。

 

【公式】定積変化と定圧変化

定積変化, 定圧変化それぞれの過程で吸収する熱量\( Q_{V}, \  Q_{P} \)は、温度上昇\( \Delta T \)を使うと次のようになる。

\[ Q_{V} = n C_{V} \Delta T \]
\[ Q_{P} = n C_{P} \Delta T \]

\( n \):気体のモル数

\( C_{V} \):定積モル比熱

\( C_{P} \):定圧モル比熱

A→Bは定積変化であり、等温グラフ・断熱グラフそれぞれの上側に変化している。

よって熱を吸収し、温度(内部エネルギー)は増加している。

答えは1

問2:1サイクルでの仕事 答:3

時計回りのサイクルが外部にした仕事\( W \)は、そのp-Vグラフが囲む領域の面積である。

\[ W = (2p_{0} – p_{0})(3V_{0} – V_{0}) = 2p_{0}V_{0} \]

よって答えは3

問3:T-pグラフ 答:6

点Aでの温度を\( T_{0} \)としたとき、ボイル・シャルルの法則(気体の状態方程式)より\( T_{A}=T_{0} \), \( T_{B}=2T_{0} \), \( T_{C}=6T_{0} \), \( T_{D}=3T_{0} \)であり、

さらにB→C, D→Aが定圧過程であることの両方を満たすのは、6のみ。

かきのたね
かきのたね
今年の第5問は教科書の基本問題レベルの問題だったね。問3はあまり見慣れないグラフだけど、気体の状態方程式を冷静に使えればすぐに求められるよ。

 

2019年度センター物理お疲れ様でした。

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わかりやすい!
高校物理の家庭教師

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