2021年神戸大物理第3問

第3問は熱力学の問題です。
基本的には、熱力学の分野は力のつりあいと定積・定圧・断熱変化で処理できます。


問1
まず図1で大気圧と気体の圧力はP₀で等しいので、「ピストンの質量は無視できる」と読み取る
図2での気体の圧力をP₁とすると、ピストンの力のつりあいより
P₀S+Mg=P₁S → P₁=P₀+Mg/S

温度はT₀(一定)よりPV=一定といえるから



問2,3 
B→Cの過程は定圧変化。単原子分子より定圧モル比熱は3/2 R+R=5/2 R。



問4 
温度T₁のもとで、気体の圧力はP₀+Mg/SからP₀+Mgcosθ/Sに変化した。



問5 
h₁S=V₀/2 より、P₀V₀=(P₀+Mg/S)×V₀/2→P₀+Mg/S=2P₀。



【講評】
問1でピストンの質量は??ってなった人いると思いますが、容器内と外気の圧力が等しいことから、質量0と読み取りたいですね🧐問2,3は定圧変化、問4は定温変化、問5の図示は∫PdVを意識できれば示すべき部分はわかったはずです。

全体のセットでは・・・
内容的に特に難しい部分はないが、計算はそれなりに煩雑気味。7~8割までは容易だが、それ以上になると【1】問4、【2】問3~5あたりが壁になってきますかね💦特に【2】問3で合成容量を求める計算、問5で右側の極板がアースの存在により-CVから変化する点を見抜のが山場。医学部志望者は80%強で合格点でしょう。


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