【共通テスト対策物理】物理現象を理解して高得点を取る！

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今回のテーマ
【共通テスト対策物理】
物理現象を理解して高得点を取る！

mesu

旧センター試験が天国とも思えるほど
共通テストは難化しています。

共通テストで高得点を取ろう！

共通テストの問題形式

･問題文が長い
･本文に資料を織り交ぜる
･複数人の考えが問題文に登場
･彼等の思考を考慮
(解答者の解法だけで解けない仕様)
…
など、厄介な形式と言えます。

理科

旧センター試験との比較

【センター試験】
① 問題文が短い
② 出題が単調
③ 解き方はすぐに頭に出てくる
④ 計算は多少面倒なものもある
➤工夫に気付けば短時間で済む

【共通テスト】
① 問題文が長い
② 問題文に評価者が出てくる
➤ 出題者からの単調な形式ではない
③ 解き方は多少面倒なものもある
➤ 解き方は簡単だが、
出題者の意図を理解するのに時間がかかる
④ 計算は旧センターと大差なし

差があるのは
①と②
という受験生の声多数。

時間に関しては
演習量である程度は克服可能です。
(時間よりも気にするところが有る)

思考力を必要とする共通テスト

共通テストの理系科目
問題自体は
難しくない！

･なぜ、「難しい」と感じるの？
➤式やで解くことに慣れすぎている

【解けない原因】
原理･現象を理解して解く
意識が低い
➤ 問題形式が変わると分からなくなる

共通テストの理系科目で高得点を取る
➤原理･現象を理解する
fff

現象の理解

【問題】
moshimoshi
図7(a)のように、サイフォンメーカーのフラスコ中に
お湯と空気を封入する。
濾斗下部の先端は、水面下にあるものとする。
簡単のため、ここでは扱う気体はすべて理想気体とるする。
気体定数をR、
濾斗を除くフラスコ部体積をVとする。
図7(a)でフラスコ内にはじめに封入した空気の体積をV/2、
圧力をp(0)、温度をT(0)とする。封入された空気の物質量は
1⃣と表される。
フラスコ内の空気やお湯は、
フィルターへつながる部分以外からは
外部へ漏れない構造となっている。

アルコールランプでフラスコを加熱すると、
図7(b)のように、お湯が濾斗下部の先端からコーヒー粉のある上部へと移動する。
このとき、濾斗内に気体は侵入していないものとする。
フラスコ内の気体の体積をV、
温度をT(1)
圧力をP(1)
とすると、
フラスコ内の物質量は2⃣となる。
実際には、加熱中にフラスコ内の元の空気のほとんどが水蒸気によって外部へ押し出される。

図7(C)のようにアルコールランプの火を消してしばらくすると、
コーヒーがすぐにフラスコ内に戻ってくる。
このとき、フラスコ内の気体の物質量は水蒸気の凝結によって
㋐し、圧力が急激に㋑するため、
吸引現象が起こっている。

そして、最終的に図7(d)のように
コーヒーが出来上がる。
(2021年第一回武田塾模試より抜粋)

問題文を紐解く

コーヒーが出来上がるまでのプロセス…
物理現象を文章を読みながら逐次把握して解く

共通テストはこのように
実際の生活で起きていることを題材とするースが多く、
それを物理学で紐解く。
楽しさがある問題です。

【問題文を考察】
･フラスコ内にはお湯と空気が混在
→ 状態方程式を適用可能は気体のみ
→ 本文中の温度変化によって
・フラスコ内部の気液平衡が変化する。
→ 圧力･体積･温度 (P V T)をパラメータとして解く。

・気化･凝縮など
化学の知識も必要
(なしでも解けますが、有った方が良い)

本文の検討･解答(解説付き)

【第一段落】
加熱前の状態における物質量を求める
(初期状態)
(※ この状態なりの気液平衡は成立している)

物質量をn(0)とする。
状態方程式より
P(0)・V/2 = n(0)・R・T(0)
↓
n(0) = P(0)V/2RT(0) ………1⃣
(答え)

【第二段落】
【ポイント】
・加熱
↓
moshimoshi aaa
青:気化しようとする分子
赤:気体分子
(空気分子と水蒸気分子の2種類)
↓
・フラスコ内部の気体分子の運動が激化
・液体(お湯)の蒸発現象が起きる
(フラスコ内部の気体分子の総数は加熱前より増加する。かつ、運動は激化する)
↓
・気体の圧力は加熱前より上昇する。
↓
moshimoshi aaaa
気体分子の圧力が高くなるので
↓
moshimoshi aab
気液の境界面は下がる
(液体(お湯)は上昇する)
↓
moshimoshi b
この状態のフラスコ内部の気体の
物質量をn(1)
気体分子の圧力をP(1)
温度をT(1)
気体部分の体積をVとして
状態方程式を立てると2⃣

P(1)・V = n(1)・R・T(1)
n(1) = P(1)V/RT(1) ………2⃣
(答え)

【注釈】
(フラスコ内部の液面での圧力のつり合い
(フラスコ内部の初期の平衡状態)
↓
・保てなくなる
(初期の平衡状態を保てなくなる)
↓
・フラスコ内部の気液の境界面で
気体分子の圧力の方が強くなる
(図の下向き(赤))
↓
液面下降
↓
(b)の状態で新しい平衡状態となる。

【第三段落】
【ポイント】
・火を消す
↓
・冷却

冷却すると
気化した水蒸気分子が一部凝縮する
↓
フラスコ中の
水蒸気分子が一部冷却によって凝縮するので
↓
フラスコ中の気体分子の総数が減少する
↓
気体分子の圧力が減少する
↓
moshimoshi cz
気体分子の圧力が減少すると
↓
moshimoshi czz
相対的に見て
濾斗側の方がフラスコ側よりも
内部の圧力は高くなる
↓
圧力差によって
濾斗側→フラスコ側へ
圧力が掛かる現象か起きる
(※ 高い位置 → 低い位置の向きに圧力は発生
(吸引現象))
↓

濾斗中のコーヒー粉交じりの液体はフラスコ側へ移動する。
コーヒーの粉はフィルターで引っ掛かるので、
液体のみフラスコへ落下する。
↓
moshimoshi d
コーヒーが出来上がる。
※ ㋐,㋑の答え
減少,減少