Question

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浮力の(4)②の説明お願いします

4 右図は、液体中に入れたガラス球の浮き沈みによって、おおよその気温が分か
る「温度」である。Wさんは、この「温度計｣に興味をもち、ガラス球の
沈みに関係する力である浮力と、この｢温度」について調べ、実験を行った。
さらに、この「温度計」のしくみを具体的に考察した。 あとの問いに答えなさい。
なお、この問題では、大気圧の大きさは常に一定であるとする。
【Wさんが調べたこと】
a. 浮力について
液体中に入れた物体にはたらく浮力の大きさは、物体の体積によって
決まり、物体の重さにはよらない。図Iのように、直方体の形をした
物体を上面と下面が水平になるようにして液体中に入れた場合、物体の
上面には図中に
で示された矢印の向きに液体から力がはたらき、
で示された矢印の向きに液体から力が
物体の下面には図中に
はたらく。 これらの力の合力が浮力となる。
図中の物体の上面と下面のそれぞれに液体からはたらく力の大きさは、大気圧と液体による圧力
面の面積を用いて次の式で求められる。
力の大きさ [N] = (大気圧 + 液体による圧力) (Pa)×面の面積(m²)
また、ある深さでの液体による圧力は、その深さより上にある液体の
重さが大きいほど大きくなる。そのため、 図1中の液体による圧力は
液体の密度が一定であれば液面からの深さに比例し、深さと圧力の関係は、
図ⅡIのように表される。
以上のことから、図I中の物体の下面にはたらく力の大きさは、上面に
はたらく力の大きさより大きくなり、 浮力が発生することが分かる。
b. 「温度」について
●この｢温度計」 は, ガラスでできた円筒形の容器の中に液体が入れられ、その液体中に、それ
ぞれ異なる温度が記されたいくつかのガラス球が入れられている。
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部屋に置かれている｢温度計」の中の液体の温度は、部屋の気温と等しくなっていると考えて
よい。これは､部屋の空気と｢温度計」が接触しており、接触によって温度の高い部分から温
の低い部分へと熱が移動するためである。
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●容器の中の液体はその温度が上昇すると、体積が増加する。 一方、温度の変化によるガラス球
の体の変化は無視できるくらい小さい。
・いずれのガラス球も、液体の温度がガラス球に記された温度と等しくなったときに、重力と
浮力がつり合うように、体槽や重さが調整されている。
(1) Wさんが調べたことの中の
に入れるのに適しているもの後､図1に示した

温度, 部屋の気温と等しくなっていると考えて
よい。 これは、部屋の空気と 「温度計」 が接触しており、接触によって温度の高い部分から温度
の低い部分へと熱が移動するためである。
・容器の中の液体はその温度が上昇すると、 体積が増加する。 一方、 温度の変化によるガラス球
の体積の変化は、無視できるくらい小さい。
・いずれのガラス球も、液体の温度がガラス球に記された温度と等しくなったときに、重力と
浮力がつり合うように、体積や重さが調整されている。
(1) Wさんが調べたことの中の①と② に入れるのに適しているものを,図1に示した。
ア, イからそれぞれ一つずつ選び、記号を○で囲みなさい。
(2) Wさんが調べたことの中の下線部 ③ に書かれているような熱の伝わり方は何と呼ばれているか。
【実験】「温度計」の中のガラス球のモデルとして、図Ⅲのように、一辺が
5.0cmの立方体の形をした容器を考える。 この容器は中におもりを入れ
て重さを調整した後、 密閉することができる。 密閉された容器を液体中
に入れても容器の内部に液体が入ることはなく､ 容器が変形することも
ない。 ここでは, 容器だけの重さと中に入れたおもりの重さを合わせた重
さを 「容器の重さ」 と呼ぶことにする。
III
H
おもりを入れる容器
5.0cm

(4) 「容器の重さ」 が 2.5 Nの場合の測定で、容器を液体中に入れてつるしたときについて考える。
① 容器にはたらく浮力の大きさは何Nか。
② 容器の下面の深さでの液体による圧力は, 容器の上面の深さでの液体による圧力よりも何 Pa
大きいと考えられるか。 ただし, 液体中で, 容器の上面と下面は水平が保たれているものとする。
+
Ren
ALTE