解決済み

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この問題の解き方をお教え下さい。

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問題文の選択肢を見てみると①と④は明らかにおかしいことを言っていることに気づくと思います。たくさんの水を温めるには、たくさんのエネルギーが必要だと思うのが正しい直観です。したがって、「水が多かったから水がより温まった」と言っている①はおかしいわけです。④も同様ですね。


②と③が悩ましいですが、「金属の比熱を高く見積もってしまった」ということをどう解釈するかがポイントになります。

問題文を見ても埒があかないので、数式的な議論に持ち込むことにしましょう。

水の質量と比熱をmW, cWm_W,\ c_Wとし、金属の質量と比熱をmM, cMm_M,\ c_Mとします。また、水の温度変化の大きさをΔTW\Delta T_W、金属の温度変化の大きさをΔTM\Delta T_Mとします。温度変化の『大きさ』ですから、正の値であることに注意してください。すると、

mWcWΔTW=mMcMΔTMm_W c_W \Delta T_W = m_M c_M \Delta T_M

となることが分かります。今回調べたいのは金属の比熱cMc_Mですから、

cM=cWmWmMΔTWΔTMc_M=c_W\frac{m_W}{m_M}\frac{\Delta T_W}{\Delta T_M}

と書き直しておきましょう。


もちろんこれは、水の質量mWm_Wが何グラムであろうとも成り立つべき式です。ところが、実験者は「この水は100グラムだ」と勘違いしていたわけですね。例えば、本当はmW=90m_W =90だったとしたらどうでしょうか。これをmW=100m_W=100と勘違いしていたら、金属の比熱は本来より大きいことになってしまいますね。つまり、水の質量を予定より少なくしてしまうと、金属の比熱は本来より高く見積もられてしまうのです。したがって、正しい説明は③となります。


日本語だけをみて状況が整理できないときは、とりあえず数式にもちこんで判断しにいくのは有用ですので、意識してみると良いかもしれません。


もし間違い等あれば教えてください。

質問者からのお礼コメント

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