誰でも受かる医学部入試の極意
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”誰でも受かる私立医学部入試の極意”の筆者、カズさんです。総合病院の整形外科医として日夜、患者さんの治療に奔走しております。今年、息子の入学試験の準備を通して最近の医学部入試の大変さを思い知らされました。
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フィゾーの実験
【2018/05/31 20:14】 理科
光速を求める実験について、
私が現役の時に受けた慶応医学部の第一問で出ていたような記憶が。

とにかく得意の物理でほぼ壊滅だったので、
よく覚えているのです。

フィゾーの実験に関する問題でした。

そこで、ネット検索していると、
2015年に早稲田実業中等部:理科の入試問題として、
出題されていました。

これです。


READ MOREに続くーーーー

関連記事(一部広告含む)



早稲田実業中学 理科 問題解説★2015(H27)

「数理教育研究会」スタッフブログ からの転用です。


第2問 物理 光の速さ

真空中を進む光の速さは、その色や光源に関係なく、一定であることが知られています。
以下のように歯車と平面鏡を使って光の速さを測定する実験を行いました。

光源を置き、そこからレーザー光線を照射させ、光線に対して45度の角度になるような位置に
ハーフミラーA※)を置きます。ハーフミラーAで反射した光がはるか遠方で反射して戻ってくる
ように、平面鏡Bを置きます。ハーフミラーAと平面鏡Bとの間に大きな歯車を置きます(図1)。

※)ハーフミラーとは光の一部を反射させ、一部を通す特殊な鏡です(図2)。

wasedajitugyou1.png


このときハーフミラーAで反射した光と平面鏡Bで反射した光の両方が、ちょうど歯車の歯の
すき間を通るように歯車と平面鏡Bの位置を調整しました(図3)。

 図1のようにハーフミラーAの後方に白い紙を置くと平面鏡Bで反射した光がうつりますが、
歯車を回転させ、その回転数を少しずつ上げていき毎秒16回転になったところで、反射光が
うつらなくなりました。これは歯のすき間を通り抜けた光が平面鏡Bで反射してもどってくる間に
歯車が回転し、歯が反射光をさえぎってしまったためです(図4)。

wasdajutugyou2.png


次の問1~問3に答えなさい。


問1 
歯車が1回転する時間は何秒ですか。答えは小数第4位まで求めなさい。
ただし、割り切れないときには小数第5位を四捨五入しなさい。

問2 
歯のすき間だったところ(図3)にとなりの歯がやってくる(図4)までの時間は何秒ですか。
なお,歯の数とすき間の数はそれぞれ520個とします。答えは小数第5位まで求めなさい。
ただし、割り切れないときには小数第6位を四捨五入しなさい。

問3 
歯車から平面鏡Bまでの距離が8.6㎞でした。
この実験から求められるレーザー光の速さは
毎秒何万㎞になりますか。千の位を四捨五入して答えなさい。



解答


問1 
問題文が長いので,ゲンナリしてしまう子が出てきますが,「考えることを放棄してはダメ,ゼッタイ!」です。
使うのは「毎秒16回転」というところだけです。

16回転するのに1秒かかりますから、1回転するのに1÷16=0.0625秒かかります。

答 0.0625秒

問2 
歯車というのは「歯」と「歯のすき間」がかみ合うので,「歯」と「歯のすき間」の幅が等しいという,
出題の大前提をわかってあげないとこの問題は解けません。

図3での移動距離を[1]とすると,1周の移動距離は[520]+[520]=[1040],この移動に1/16秒かかるので
[1]の移動にかかる時間は1/16÷1040=1/16640=0.00006009…⇒0.00006秒となります。

答 0.00006秒

※「あげないと」と書いたのは,通常,歯車はすき間の方がちょっと大きいはずだからです。
(そうしないと,2つの歯車がかみ合った状態から回らなくなります(^^;)

問3 
光は問2の時間で8.6kmの距離を往復してくるということですね。
8.6×2=86/5kmを1/16640秒で移動する速さは
(86/5)÷(1/16640)=286208km/秒⇒毎秒29万㎞と求まります。

答 毎秒29万㎞



問題の設定は、慶応医学部の問題とほぼ同じ。
ただ、数字ではなく文字式でしたが。

大学入試でなく、中学入試で出たとは驚きです。
さて、この問題を解けた受験生は何パーセントだったんでしょうか?


フィゾーの実験については、以下のサイトも参考に。

http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/kouha/kousokusoku.html



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