温度と熱に関する質問の例15選
温度計の校正
1. 校正済みの温度計Xは、水の凝固点を-30 ℃ 、沸点を90 ℃と示します。Xの温度が60 ℃であるとき、それは…
A. 20 ℃
B. 45 ℃
C. 50 ℃
D. 75 ℃
E. 80 ℃
討論
以下のことが知られています。
温度計Xにおける水の凝固点 = -30 ℃
温度計Xにおける水の沸点 = 90 °
質問: 60 o X = ….. o C
ジャワブ：
華氏温度スケールでは、水の凝固点は 32 ° F、沸点は 212 ° F です。水の凝固点と沸点の差は 212 ° - 32 ° = 180 °です。
摂氏温度では、水の凝固点は0 ℃、沸点は100 ℃です。水の凝固点と沸点の差は100 ℃ - 0 ℃ = 100 ℃です。
X スケールでは、水の凝固点は -30 ° X、水の沸点は 90 ° X です。水の凝固点と沸点の差は 90 ° - (-30 ° ) = 90 ° + 30 ° = 120 °です。
X軸の目盛りを摂氏目盛りに変換する：
正解はDです。
ペムアアン
2. 金属棒を 80 ℃ まで加熱すると、長さが115 cm になります。金属の線膨張係数が 3.10 -3 ℃ -1で、金属の初期温度が 30 ℃ の場合、金属の初期の長さは…です。
A. 100cm
B. 101,5cm
C. 102 cm
直径102,5cm
E. 103 cm
討論
以下のことが知られています。
初期温度（T 1 ） = 30 ℃
最終温度（T2 ）＝ 80 ℃
温度変化（ΔT）＝80 ℃ －30 ℃ ＝ 50 ℃
金属の線膨張係数（α）= 3.10⁻³ ℃ ⁻¹
金属の最終長さ（L）＝115cm
求む：金属の初期長さ（L o）
ジャワブ：
長さ拡張式：
正解はAです。
3. 真鍮棒は最初は長さが 40 cm です。80 ℃ で加熱すると、長さは 40,04 cm になります。真鍮の線膨張係数が 2,0 x 10 -5 ℃ -1である場合、真鍮棒の初期温度は…です。
A. 20 ℃
B. 22 ℃
C. 25 ℃
D. 30 ℃
E. 50 ℃
討論
以下のことが知られています。
最終温度（T2 ）＝ 80 ℃
初期長さ (L o ) = 40 cm
最終長さ（L）＝40,04cm
長さの増加 (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm
真鍮の線膨張係数（α）= 2,0 × 10⁻⁵ ℃ ⁻¹
質問：初期温度（T 1）
ジャワブ：
金属膨張式：
0,04 = (2,0 x 10 -5 )(40)(80 – T 1 )
0,04 = (80 x 10 -5 )(80 – T 1 )
0,04 = 0,0008 (80 – T 1 )
0,04 = 0,064 – 0,0008 T 1
0,0008 T 1 = 0,064 – 0,040
0,0008 T 1 = 0,024
T1 = 30 ℃
正解はDです。
伝導による熱伝達
4. 同じ大きさだが異なる金属でできた金属棒が、下の図のように接合されている。金属Iの熱伝導率が金属IIの熱伝導率の4倍である場合、2つの金属の接合部の温度は…
A. 450 C
B. 40 ℃
C. 35 0 C
D. 30 ℃
E. 25 ℃
討論
以下のことが知られています。
同じステムサイズ
金属の熱伝導率 I = 4k
金属の熱伝導率 II = k
金属チップの温度 I = 50 0 ℃
金属チップIIの温度 = 0 ℃
質問： 2つの金属の接合部の温度
ジャワブ：
伝導による熱伝達速度の公式：
説明：Q/t = 熱伝達率、k = 熱伝導率、A = 表面積、T 1 -T 2 = 温度変化、l = ロッドの長さ
2本の金属棒AとBは同じ大きさなので、棒の表面積（A）と長さ（l）は方程式から除外されます。
正解はBです。
5. 次の記述に注意してください！
（１）金属の導電性
（２）金属端間の温度差
（３）金属の長さ
（４）金属塊
金属における熱伝播速度を決定する要因は…
A. (1)、(2)および(3)
B. (1)および(4)
C. (2)および(4)
D. (3)および(4)
E. (4)のみ
討論
伝導による熱伝達速度の公式に基づくと、熱伝達速度を決定する要因は、金属の熱伝導率（k）、金属の両端の温度差（T）、および金属の長さ（l）である。金属の質量は影響を与えない。
正解はAです。
6. 同じ大きさだが金属の種類が異なる2本のPQ棒が、下図のように取り付けられている。熱伝導率Pが熱伝導率Qの2倍である場合、PとQの境界における温度は…
A. 84℃
B. 78℃
C. 72°C
D. 70℃
E. 90℃
討論
以下のことが知られています。
PQロッドはすべて同じサイズです。
金属の熱伝導率 P (k P ) = 2k
金属の熱伝導率 Q (k Q ) = k
質問：境界面PとQにおける温度
ジャワブ：
伝導による熱伝達速度の公式：
説明：Q/t = 熱伝達率、k = 熱伝導率、A = 表面積、T 1 -T 2 = 温度変化、l = ロッドの長さ
境界面PおよびQにおける温度：
棒PQは同じサイズなので、Aとlは方程式から除外されます。
正解はありません。
形態変更
7. 0 ℃の氷1kgを0 ℃の水0,5kgと混ぜ合わせ、その後…
A. 水の一部が凍る
B. 氷の一部が溶ける
C. 氷がすべて溶ける
D. すべての水が凍る
E. 水中の氷の質量は一定である
討論
「氷」という言葉は固体の水を意味し、「水」という言葉は液体の水を意味する。
0 ℃では、氷は固体から液体へと変化します。この状態変化には、氷が熱を吸収する必要があります。氷は水と混ざっているので、氷は水から熱を吸収するはずです。しかし、水も0 ℃なので、氷は熱を吸収できません。したがって、水中の氷の質量は一定のままです。
正解はEです。
ブラック・プリンシプル
8. 質量200グラムの鉄製の容器に、温度20℃の油が100グラム入っている。この容器に、温度75℃の鉄が50グラム入れられる。容器の温度が5℃上昇し、油の比熱が0,43 cal/g℃である場合、鉄の比熱は…
A. 0,143 cal/ g ℃
B. 0,098 cal/g ° C
C. 0,084 cal/g ° C
D. 0,075 cal/ g ℃
E. 0,064 cal/ g ℃
討論
以下のことが知られています。
鉄製容器の質量 (m) = 200 g
鉄製容器の初期温度（T 1）＝20 ℃
油は鉄製の容器に入っているので、油の温度は鉄製の容器の温度と等しくなります。
鉄製容器の最終温度（T 2）＝20 ℃＋5 ℃＝25 ℃
油の質量 (m) = 100グラム
油の比熱（c oil）= 0,43 cal/ g ℃
初期油温（T 1）＝20 ℃
油は容器に入れられており、油は鉄製の容器と熱平衡状態にある。したがって、鉄製の容器の最終温度が25℃であれば、油の最終温度も25 ℃となる。
最終油温（T2 ）＝20 ℃＋5 ℃＝25 ℃
鉄の質量 (m) = 50グラム
鉄の初期温度（T 1）= 75 ℃
鉄は容器内の油に浸されているため、鉄は油および容器と熱平衡状態にある。したがって、容器の最終温度が25℃であれば、鉄の最終温度も25 ℃となる。
質問：鉄の比熱（c鉄）
ジャワブ：
鉄から放出される熱：
Q = mc ΔT = (50)(c)(75-25) = (50)(c)(50) = 2500c カロリー
鉄製の容器が吸収する熱量：
Q = mc ΔT = (200)(c)(25-20) = (200)(c)(5) = 1000c カロリー
油が吸収する熱量：
Q = mc ΔT = (100)(0,43)(25-20) = (43)(5) = 215カロリー
ブラックの原理とは、閉鎖された孤立系においては、高温の物体から放出された熱は低温の物体に吸収されるという原理である。
放出されたQ = 吸収されたQ
2500c = 1000c + 215
2500c – 1000c = 215
1500c = 215
c = 215/1500
c = 0,143 cal/ g ℃
正解はAです。
9. 20℃の水200グラムが入ったグラスに、-2℃の氷50グラムを入れます。水と氷の間で熱交換のみが行われる場合、平衡状態に達した後、次の値が得られます。（c水 = 1 cal/gr°C、c氷= 0,5 cal/gr°C、L = 80 cal/gr）
A. 氷がすべて溶けて気温が0℃以上になる
B. 氷がすべて溶けて気温が0℃になる
C. 氷がすべて溶けるわけではなく、気温は0℃です。
D. システム全体の温度が0℃以下である
E. 水の一部が凍結し、システム温度が0℃になる
討論
以下のことが知られています。
水の質量（m水）＝200グラム
水温（T水）＝20 ℃
水の比熱 (c water ) = 1 cal/gr°C
氷の質量 (m es ) = 50グラム
氷の温度 (T es ) = -2 ° C
氷の比熱 (c es ) = 0,5 cal/gr°C
水の融解熱（L）＝80 cal/g
ジャワブ：
氷の温度を-2℃から0℃まで上げるための加熱方法：
Q = mc ΔT
Q = (50グラム)(0,5 cal/グラム℃)(0 ℃ – (-2 ℃ ))
Q = (50)(0,5 cal)(2)
Q = 50カロリー
氷をすべて溶かして水にするまで加熱する：
Q = m L = (50グラム)(80カロリー/グラム) = 4000カロリー
すべての水の温度を20℃から0℃まで下げるために加熱する。
Q = mc ΔT
Q = (200グラム)(1 cal/グラム℃)(0 ℃ – (20 ℃ ))
Q = (200)(1 cal)(-20)
Q = -4000カロリー
正の符号は熱が加えられたことを意味し、負の符号は熱が放出されたことを意味します。
氷の温度を0 ℃まで上げるのに必要な熱量は50カロリー、氷をすべて溶かすのに必要な熱量は4000カロリーです。したがって、氷をすべて溶かすのに必要な総熱量は4050カロリーです。利用可能な熱量は水から放出される熱量であり、これは4000カロリーです。
利用可能な熱量では、すべての氷を水に溶かすには不十分であると結論付けられる。氷の大部分は水に溶けたが、ごく一部は溶けていない。この水と残りの氷は0 ℃である。
正解はCです。
10. 質量200グラム、温度20℃のアルミニウム片を、質量100グラム、温度80℃の水が入った容器に入れます。アルミニウムの比熱が0,22 cal/g℃、水の比熱が1 cal/g℃の場合、アルミニウムの最終温度は…に近い値になります。
A. 20 ℃
B. 42 ℃
C. 62 ℃
D. 80 ℃
E. 100 ℃
討論
周知の事実として、以下のことが挙げられます。
アルミニウムの質量＝200グラム
アルミニウムの温度 = 20 ℃
水の質量＝100グラム
水温 = 80 ℃
アルミニウムの比熱 = 0,22 cal/g ℃
水の比熱 = 1 cal/ g ℃
質問：アルミニウムの最終温度
答え：
アルミニウムは水中にあるため、アルミニウムの最終温度は水の最終温度と等しくなります。
高温の水が放出する熱量（Q放出）＝低温のアルミニウムが吸収する熱量（Q吸収）
水m c (ΔT) =アルミニウムm c (ΔT)
(100)(1)(80 – T) = (200)(0,22)(T – 20)
(100)(80 – T) = (44)(T – 20)
8000 – 100T = 44T – 880
8000 + 880 = 44T + 100T
8880 = 144T
T = 62 ℃
正解はCです。
11. 85℃の50gのコインを、29,8℃の50gの水に浸します（水の比熱 = 1 cal・g⁻¹・℃ ⁻¹）。最終温度が37℃で、容器が熱を吸収しない場合、金属の比熱は…
A. 0,15 cal・g⁻¹・℃ ⁻¹
B. 0,30 cal・g⁻¹・℃ ⁻¹
C. 1,50 cal.g -1 .°C -1
D. 4,8 cal.g -1 .°C -1
E. 7,2 cal.g -1 .°C -1
討論
周知の事実として、以下のことが挙げられます。
金属の質量 (m metal ) = 50グラム
金属の温度= 85 ℃
水の質量（m水）＝50グラム
水温 = 29,8 ℃
水の比熱 (c water ) = 1 cal・g -1・°C -1
混合物の最終温度 = 37 ℃
質問：金属の比熱（c金属）
答え：
高温の金属が放出する熱量（Q放出）＝低温の水が吸収する熱量（Q吸収）
金属のmc (ΔT) =水のmc(ΔT)
(50)(c)(85 – 37) = (50)(1)(37 – 29,8)
(c)(85 – 37) = (1)(37 – 29,8)
48 c = 7,2
c = 0,15 cal・g⁻¹・° C⁻¹
正解はAです。
12. 0℃の50グラムの氷を、特別な容器に入れた30℃の200グラムの水に浸します。容器は熱を吸収しないと仮定します。水の比熱が1 cal.g – 1 °C –1、氷の融解熱が80 cal.g –1の場合、混合物の最終温度は…です。
A. 5℃
B. 8℃
C. 11°C
D. 14℃
E. 17℃
討論
周知の事実として、以下のことが挙げられます。
氷の質量 (m es ) = 50グラム
氷の温度 = 0℃
水の質量（m水）＝200グラム
水温 = 30 ℃
水の比熱 (c water ) = 1 cal・g – 1 °C –1
氷の融解熱 (L ice ) = 80 cal/g –1
質問：混合物の最終温度
答え：
まず最終状態を推定します。
水が30 ℃から0℃まで温度を下げる際に放出される熱量：
Q緩み= m水c水(ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000
すべての氷を溶かすのに必要な熱量：
Qメルト= m es L es = (50)(80) = 4000
氷をすべて溶かすのに必要な熱量はわずか4000Kであるのに対し、利用可能な熱量は6000Kである。したがって、混合物の最終温度は0℃以上であると結論づけることができる。
ブラック・プリンシプル：
水から放出される熱量＝氷をすべて溶かすのに必要な熱量＋氷水の温度を上げるのに必要な熱量
(m水)(c水)(ΔT) = (m es )(L es ) + (m es )(c水)(ΔT)
(200)(1)(30-T) = (50)(80) + (50)(1)(T-0)
(200)(30-T) = (50)(80) + (50)(T-0)
6000 – 200T = 4000 + 50T – 0
6000 – 4000 = 50T + 200T
2000 = 250T
T = 2000/250
T = 8 ℃
正解はBです。
物質の状態変化
13. 下のグラフは、1グラムの固体に加えた温度（T）と熱量（Q）の関係を示しています。固体の蒸発熱量は…
A. 60カロリー/グラム
B. 70カロリー/グラム
C. 80カロリー/グラム
D. 90カロリー/グラム
1グラムあたり100カロリー
議論 ：
蒸発熱とは、1グラムの物体が液体から気体へ（または気体から液体へ）状態変化する際に吸収（または放出）される熱量のことである。
知られている :
吸収または放出された熱量：Q = 140カロリー - 60カロリー = 80カロリー
固体の質量：m = 1グラム
質問 :
蒸気加熱（L）v固体？
ジャワブ :
蒸気の熱量を求める式 :
Q = m Lv
説明：Q = 吸収または放出された熱量、m = 物質の質量、Lv ＝蒸気の熱
Lv = Q / m
Lv = 1グラムあたり80カロリー
Lv = 80カロリー/グラム
正解はCです。
14. 以下は、標準圧力における 1 kg の水蒸気の熱量と温度の関係を示すグラフです。水の沸点は 2256 × 10 です。3 J/kgであり、水の比熱は4,2 x 10です。3 J/kg K の場合、蒸気から水への変化で放出される熱量は…
A. 4,50 × 103 ジュール
B. 5,20 × 103 ジュール
C. 2,00 × 106 ジュール
D. 2,26 × 106 ジュール
E. 4,40 × 106 ジュール
議論 ：
知られている :
蒸気加熱または沸騰加熱（L）v) = 2.256 x 103 J / kgの
水の比熱 (c) = 4200 J/kg K
蒸気の質量 (m) = 1 kg
質問 :
放出された熱量（Q）？
ジャワブ :
Q = m Lv
Q = (1 kg)(2.256 x 103 J/kg)
Q = 2256 x 103 ジュール
Q = 2,256 x 106 ジュール
正解はDです。
15. 2 kg の水の温度を -2 ℃ から上昇させるのに必要な熱量 oCから10 oCは…水の比熱＝4.200 J/kg℃o氷の比熱 = 2.100 J/kg℃o水の融解熱（L）F) = 334.000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
C. 668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
議論 ：
知られている :
水の質量(m) = 2 kg
初期温度 (T) = -2 oC
最終温度（T）＝10 oC
氷の比熱 (c es) = 2100 J/kg ℃o
水の比熱（c水）＝4200 J/kg℃o
水の融解熱（L）F) = 334.000 J/kg
質問 :
吸収された熱量（Q）？
ジャワブ :
-2℃からの温度変化 oCから10 oCはいくつかの段階を経る。
ステージ1では、氷の温度が-2から上昇します。 oCから0 oC（氷の温度上昇は水の凝固点、つまり0℃で止まる） oC)
ステージ2では、すべての氷が溶けます（固体状態が水の凝固点温度である0℃で液体状態に変化します）。 oC)
ステージ3では、水温が再び0から上昇します。 oCから10 oC)
つまり、-2℃の温度から oCから0 oC、水はまだ固体の状態です。温度0 oCでは、固体から液体への変化が起こります。固体状態から液体状態に変化した後、水温は再び0から上昇します。 oCから10 oC.
Q1 = (m)(c es)(ΔT) = (2 kg)(2100 J/kg Co）（0 oC – (-2 oC)) = (2)(2100 J)(2) = 8400 J
Q2 = (m)(LF) = (2 kg)(334.000 J/kg) = 668.000 J
Q3 = (m)(c 水)(ΔT) = (2 kg)(4200 J/kg Co）（10 oC - 0 oC)) = (2)(4200 J)(10) = 84000 J
吸収された熱量：
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = 8400 J + 668.000 J + 84000 J
Q = 760.400ジュール
正解はAです。
質問元:
高校・職業高校向け全国統一試験物理問題
