岐阜大物理'10年[3]
次の文を読み、以下の問いに答えよ。
電気ヒーターに電流を流したとき発生するジュール熱を水熱量計で測定し、水の比熱を求める実験を行った。水熱量計は図1のような断熱材で囲まれ、銅製容器とかくはん棒、電気ヒーター、温度計が入っている。電流計、電圧計、電源装置、スイッチを準備した。
実験1：最初、適量な水を水熱量計に入れて、その水の質量
と温度
を測る。次に、温度
の温水
を水熱量計に加えて、かくはん棒で手早く混合後、水の温度
を測る。 実験2：水熱量計に水
を入れて、電気ヒーターをこの水に浸して、回路のスイッチを閉じると同時に、かくはん棒でゆっくりとかきまぜながら、ストップウォッチで時間を読み始める。水熱量計からの熱の出入りができるだけ無いように注意して、30秒後に水温と、電気ヒーターにかかる電圧と流れている電流を読み取って、記録してグラフに表した。このとき、室温は
であり、最初と最後の水温の中央の値が室温にほぼ等しくなるように測定した。
問1 実験1において、
，
，
，
であり、
であった。水熱量計の熱容量
を、水の比熱
を用いて表せ。
問2 実験2において、電流計、電圧計、電源装置、スイッチを水熱量計に接続する回路図を描け。その際、図2に示す電気記号を用いよ。
問3 実験2において、測定時間270秒内の、電圧と電流の測定値の平均は
，
であった。測定時間内に電気ヒーターで発生したジュール熱
を、有効数字3桁で求めよ。
問4 実験2において、時間と水温の測定結果を図3に示す。
のとき、水と容器が得た熱量
を、水の比熱H，水熱量計の熱容量Cを用いて表せ。
問5 実験1と実験2の結果より、水の比熱Hを、有効数字2桁で求めよ。
問6 実験2で、「最初と最後の水温の中央の値が室温にほぼ等しくなるように測定した。」とあるが、その理由を50文字以内で説明せよ。
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解答 熱 に関する問題です。単位に注意して解答しましょう。
問1 最初に水熱量計に入っていた水が吸収した熱は
，水熱量計本体が吸収した熱は
，加えた方の水が放出した熱は
，吸収した熱と放出した熱を等しいとおいて、 ∴ 
......[答]
問2 右図。
問3 測定時間を
として、 
......[答]
図3より、温度変化
は、
......[答]
問5 問1、問4の結果より、
これを、
と等しいとして、 ∴ 
......[答]
問6 水熱量計及びその内部の水と、室内の空気との熱のやりとりの影響をトータルで無視できるようにするため。(49字) ......[答]
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の熱容量は
，水熱量計と合わせて熱容量は
