高校入試理科 よく出る光・音・力と圧力の作図問題

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高校入試によく出題される作図の問題を学習します。今回は身近な物理現象で学習した、光・音・力と圧力に関する作図問題です。採点者がどこを見ているかも詳しく解説します。

目次

高校入試理科よく出る作図問題「光・音・力と圧力編」

身近な物理現象である、光・音・力と圧力は、非常に作図問題が出題されやすい内容になっています。特に光の性質では、光の反射や光の屈折、凸レンズの問題など作図問題のオンパレードです。事前に練習しておかないとかけない問題もありますので、ここでしっかりと練習しておきましょう。

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光の反射の作図

下の図に反射光のようすを書き入れなさい。

光の反射 作図

光の反射の作図 解答

光の反射 作図解答

入射角と反射角が等しくなるように反射させます。下のマス目に注意して記入しましょう。

入射角の作図

下の図で入射角はどこか。角度の記号を書き入れなさい。

光の反射 作図解答

入射角の作図 解答

入射角

鏡と空気の境界線に立てた垂線から入射光までの角度が入射角になります。鏡の面と入射光が造る角度ではないことに注意しましょう。

光の反射の作図 その2

下の図の入射光は、この後、2枚の鏡で反射してどのように進むか。続きを記入しなさい。

光の反射 作図②

光の反射の作図 その2 解答

光の反射 作図② 解答

入射角と反射角が等しくなるように反射させると、最初の入射光と、2枚目の鏡で反射した光は平行になります。

鏡の作図

下の図のように、鏡を通して物体Pを見ると、鏡の中に物体Pがあるように見える。鏡の中の物体Pの像を点Qとして記入し、さらに、物体Pから出た光が目に届くまでの道筋を記入しなさい。

鏡の作図

鏡の作図 解答

鏡の作図 解答

鏡の線に対して線対称な位置に、物体Pの像であるQを記入します。目の位置から見ると、物体PはQの位置にあるように見えるので、そこから目に向かって線を伸ばします。最後に、物体Pから鏡まで線を伸ばせば、入射角と反射角が等しい作図がかけます。

鏡の中の鉛筆の作図

下の図のように、鏡を通して鉛筆を見ると、鏡の中に鉛筆があるように見える。鏡の中の鉛筆の像を記入し、さらに、鉛筆の両端から出た光が目に届くまでの道筋を記入しなさい。

鏡の中の鉛筆 作図

鏡の中の鉛筆の作図 解答

鏡の中の鉛筆 作図解答

鏡の線に対して、対称な位置に鉛筆の像を記入します。鉛筆の像の両端から目に向かって線を引き、鏡との交点まで鉛筆から線を伸ばすと完成です。

全身を映す鏡の作図

下の図のように、鏡の前に男性が立っている。全身を映すために必要な鏡の幅がわかるように、作図により鏡の幅を記しなさい。

全身を映す鏡の作図

全身を映す鏡の作図 解答

全身を映すために必要な鏡 解答

まずは、鏡の線に対して対称な位置に男性の像を作図します。男性の像の頭の先端と足の先端から、目に向かって線を引きます。それらの線と鏡の交点に向かって、男性の頭の先端と足先から線を引けば作図完成です。これで、全身を映すための鏡の幅がわかります。

鏡で見える範囲の作図

下の図の位置から鏡を見ると、鏡に映って見える範囲はどこになるか。作図により求め、見える範囲を黒く塗りつぶしなさい。

鏡で見える範囲

鏡で見える範囲の作図 解答

鏡で見える範囲の作図 解答

目から鏡の両端に向かって線を引きます。入射角と反射角が等しくなるように、反射させると見える範囲がわかります。

光の屈折の作図 その1

下の図のように、空気中から水中に向かって進んだ光は、この後どのように進むか。

光の屈折の作図①

光の屈折の作図 その1 解答

光の屈折の作図 その1 解答

光の屈折の作図 その2

下の図のように、水中から空気中に向かって進んだ光は、この後どのように進むか。

光の屈折の作図 その2

光の屈折の作図 その2 解答

光の屈折の作図 その2 解答

光が密度が小さい(やわらかい)空気から、密度が大きい(硬い)水に進むとき、入射角よりも屈折角が大きくなるように屈折して進みます。

ガラスでの屈折の作図

下の図のように、空気中からガラスの板に向けて光を入射した。この後の光の進み方をかけ。

ガラスでの屈折の作図

ガラスでの屈折の作図 解答

ガラスでの屈折の作図 解答

光が密度が小さい(やわらかい)空気から、密度が大きい(硬い)ガラスに進むとき、入射角よりも屈折角が小さくなるように屈折して進みます。光が密度が大きい(硬い)ガラスから、密度が小さい(やわらかい)空気に進むとき、入射角よりも屈折角が大きくなるように屈折して進みます。ガラスに入る光と、ガラスから出てきた光が平行になることも覚えておきましょう。

半円形レンズの作図

下の図のように、空気中から半円形のガラスに向けて光を入射した。この後の光の進み方をかけ。

半円形レンズの作図

半円形レンズの作図 解答

半円形レンズの作図 解答

光が密度が小さい(やわらかい)空気から、密度が大きい(硬い)ガラスに進むとき、入射角よりも屈折角が小さくなるように屈折して進みます。半円形レンズの下の曲面から光が空気中に出るとき、ガラスと空気の境界面に対して垂直に光が入射するので、光は屈折せずに直進します。

プリズムの作図

下の図のように、プリズム内を光が直進した。このとき、プリズムに入る光と、プリズムから出た光はどのように進んだか。作図により示せ。

プリズムの作図

プリズムの作図 解答

プリズムの作図 解答

光が密度が小さい(やわらかい)空気から、密度が大きい(硬い)ガラスに進むとき、入射角よりも屈折角が小さくなるように屈折して進みます。光が密度が大きい(硬い)ガラスから、密度が小さい(やわらかい)空気に進むとき、入射角よりも屈折角が大きくなるように屈折して進みます。

折れ曲がって見える棒の作図

下の図のように、棒を水の中に入れて見ると、Aの位置にある棒の先端がBの位置に見えた。このとき、Aから目に向かって進む光の道筋を作図しなさい。

折れ曲がって見える棒の作図

折れ曲がって見える棒の作図 解答

折れ曲がって見える棒の作図 解答

まず、棒の先端がBの位置にあるように見えるので、Bから目に向かって線を引きます。その線と水面の交点に向かってAから線を引きます。これで、Aから出て目に向かう光の作図が完了します。

ずれて見える鉛筆の作図

ガラス越しに鉛筆を見ると、ガラス越しに見た鉛筆が左にずれて見えた。下の図は、このときのようすを真上から見た図である。鉛筆から出た光は、ガラスの板を通過してどのよう目に届いたのか。作図しなさい。

ずれて見える鉛筆の作図

ずれて見える鉛筆の作図 解答

ずれて見える鉛筆の作図 解答

まず、鉛筆がずれて見える位置から目に向かって直線を引きます。次にその線と平行になるように鉛筆からガラスと空気の境界線に向かって線を引きます。最後に、ガラスの両面と光の線を結べば作図完成です。

凸レンズでの屈折の作図

下の図のように、凸レンズに向かって光を入射させた。この後、光はどのように進むか。作図しなさい。

凸レンズでの屈折の作図

凸レンズでの屈折の作図 解答

凸レンズでの屈折の作図 解答

凸レンズの中心を通る光は直進します。凸レンズの軸に平行な光は、凸レンズを通過すると焦点を通ります。焦点を通って凸レンズに入射した光は屈折したあと軸に平行になります。

実像の作図

下の図ように、焦点の外側に光源を置いた場合、できる像を作図しなさい。

実像の作図

実像の作図 解答

実像の作図 解答

焦点の外側に光源を置いた場合、実像ができます。まず、光源の先端から凸レンズの中心を通る光を作図します。この光は直進します。次に、軸に平行な光を作図します。この光は、凸レンズの中心線で屈折し焦点を通ります。光が交わったところに光源と逆向きの実像を作図すれば完成です。ちなみに、光源が焦点距離の2倍の位置に置いてあるので、できる実像の位置も焦点距離の2倍の位置にできます。また、できる実像の大きさは光源の大きさと同じになります。

凸レンズを通過した光の作図

下の図のように進んだ光は、凸レンズを通過後、どのように進むか。作図によって求めなさい。

凸レンズを通過した光の作図

凸レンズを通過した光の作図 解答

凸レンズを通過した光の作図 解答

このままでは、この光がどのように進むのかわからないので、実像を作図するときのように、凸レンズの中心を通る光と、軸に平行な光を作図します。光が交わったとことに実像ができるので、光源の先端から出た光はすべてこの1点に集まります。これで、光の屈折する方向がわかります。

焦点の作図

下の図のように光源を置いた場合、スクリーン上にはっきりとした実像ができた。このときの、凸レンズとスクリーンの間の焦点の位置を作図により求めなさい。

焦点の作図

焦点の作図 解答

焦点の作図 解答

スクリーン上にはっきりとした実像ができているので、凸レンズで屈折した光は、すべて1つの点に集まります。まずは、光源の先端から出て凸レンズの中心を通る光を作図します。次に軸に平行な光を作図して、凸レンズで屈折させスクリーン上の最初の光が届いた点に進ませます。この光と軸との交点が焦点になります。

虚像の作図

下の図のように、焦点の内側に光源を置いた。このとき凸レンズ越しに見える虚像を作図により示しなさい。

虚像の作図

虚像の作図 解答

虚像の作図 解答

焦点の内側に光源を置いた場合、実像はできず、凸レンズ越しに光源を見ると、光源と同じ向きの大きな虚像が確認できます。まずは、凸レンズの中心を通る光を作図します。この光は直進します。次に軸に平行な光を作図し、凸レンズの中心線で屈折させます。この光は焦点を通って進みます。凸レンズを通過したこの2本の線を、凸レンズから見て光源側に延長します。2本の延長戦が交わった位置に、成立の虚像ができます。

実像の作図 その2

下の図のように、凸レンズの左側に光源が置いてある。このときできる実像を作図しなさい。

実像の作図 その2

実像の作図 その2 解答

実像の作図 その2 解答

この実像の作図のポイントは、光源が軸の下まで伸びていることです。この場合、光源の先端だけでなく、光源の下のほうからも同じ作図をする必要があります。

オシロスコープの作図 振幅の変化

下の図は、ある音さの音をオシロスコープで確認したときのようすを示している。これよりも音さを強くたたいたときのようすを作図しなさい。

オシロスコープの作図 振幅

オシロスコープの作図 振幅の変化 解答

オシロスコープの作図 振幅の変化 解答

音さを強くたたいたので、最初の音と比べると大きな音が出ます。大きな音は振幅が大きくなっているので、最初の振幅(破線)よりも大きな振幅の波形をかきます。振動数が変化しないように注意しましょう。

オシロスコープの作図 振動数の変化

下の図は、ある音さの音をオシロスコープで確認したときのようすを示している。これよりも高い音が出る音さを、最初と同じ強さでたたいたときのようすを作図しなさい。

オシロスコープの作図 振幅

オシロスコープの作図 振動数の変化 解答

オシロスコープの作図 振動数の変化 解答

高い音がする音さをたたいたので、最初の波形よりも振動数が多い波形を作図します。ただし、たたく強さは変化していないので、振幅の大きさが変化しないように注意しましょう。

垂直抗力の作図

下の図は、机の上に置いて静止しているおもりのようすを表している。このおもりにはたらく重力は作図してあるので、これとつりあう垂直抗力を作図しなさい。

垂直抗力の作図

垂直抗力の作図 解答

垂直抗力の作図 解答

垂直抗力の作図で注意したいのが作用点の位置です。垂直抗力は、机などの面がおもりを押し返す力なので、机とおもりの境界面に作用点を取るようにします。

糸でつるされたおもりの作図

下の図は、糸でつるされて静止している質量300gのおもりのようすを表している。このおもりにはたらいている力を作図しなさい。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1Nとし、下の図の1マスは1Nを表しているものとする。

糸でつるされたおもりの作図

糸でつるされたおもりの作図 解答

糸でつるされたおもりの作図 解答

おもりにはたらく力は、重力と糸がおもりを引く力です。おもりにはたらく重力はおもりの中心から下向きに3N引きます。糸がおもりを引く力は、おもりと糸の接点に作用点を取り、うえ向きに3N引きます。作用点の位置に注意が必要です。

フックの法則 グラフ

ばねにいろいろな重さのおもりをつりさげ、ばねの伸びを調べる実験を行った。このばねに100gのおもりをぶら下げると、ばねの伸びは20cmになった。このばねの伸びと、おもりの重さとの関係を表すグラフを書きなさい。

フックの法則 グラフ

フックの法則 グラフ 解答

フックの法則 グラフ 解答

ばねの伸びと、ばねに加わる力の大きさは比例します。100g(1N)のおもりをぶら下げると、ばねの伸びが20cmになっていることから、0.1Nのおもりで2cmの長さになります。あとは原点を通る直線を作図すれば完成です。

台ばかりの値 グラフ

下の図のように、台はかりに400gの物体をのせ、ばねばかりを使って引き上げる実験を行った。このとき、台はかりの値とばねばかりの値はどのように変化するか。グラフを完成させよ。

台はかりの値 グラフ

台ばかりの値 グラフ 解答

台ばかりの値 グラフ 解答

400gの物体にはたらく重力の大きさは4.0Nになります。最初はばねばかりで引いていないので、台はかりは4.0Nを示しますが、ばねばかりで上に引くとその分値は小さくなっていきます。物体が宙に浮いた状態になると、台はかりは0Nを示し、ばねばかりは4.0Nを示します。

浮力の大きさとグラフ

下の図のように、質量500gで高さ8cmの円柱形の物体を水の中に沈める実験を行った。この物体が完全に水につかると、浮力の大きさが2.0Nになるとすると、物体の底面から水面までの距離と、ばねばかりの値のグラフはどのようになるか。下のグラフを完成させなさい。

浮力の大きさとグラフ

浮力の大きさとグラフ 解答

浮力の大きさとグラフ 解答

物体の質量が500gなので、物体にはたらく重力の大きさは5.0Nになります。物体の底面と水面までの距離が0cm、つまり、まだ物体が水につかっていないとき、ばねばかりは5.0Nを示します。物体を水の中に沈めていくと物体に浮力が生じるので、その分ばねばかりの値は小さくなっていきます。物体を完全に水に沈めると、物体には2.0Nの浮力が生じるので、ばねばかりの値は、5.0-2.0=3.0Nを示します。物体が完全に水につかるには、円柱の高さが8cmなので、物体の底面と水面までの距離が8cmのとき、物体が完全に水につかったことになります。物体が完全に水につかると、浮力の大きさは深かろうが浅かろうが一定に大きさになるので、グラフはこれ以降、水平になります。

水圧の作図

下の図は、水中にある物体にはたらく水圧のようすを矢印を使って表したものである。今、物体の上面にはたらく水圧を矢印で表しているが、物体の側面や下面にはたらく水圧のようすも、矢印を使って書き表しなさい。

水圧の作図

水圧の作図 解答

水圧の作図 解答

水圧は、水の重さによる圧力で、深ければ深いほど大きくなっていきます。したがって、深い位置の矢印ほど長くなり、下面にはたらく矢印が最も長くなります。また、水圧はあらゆる向きにはたらき、面に対しては垂直にはたらきます。

浮かんだ物体の力の作図

下の図は、水面に質量300gの物体が浮かんでいるようすを表している。この物体にはたらく力を書き入れなさい。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1.0Nとし、下の図の1マスは1.0Nを示しているものとする。

浮かんだ物体の力の作図

浮かんだ物体の力の作図 解答

浮かんだ物体の力の作図 解答

物体の質量が300gなので、物体にはたらく重力の大きさは3.0Nになります。なので、物体の中心から下向きに3目盛り分、重力を作図します。この重力とつりあっている力が、物体にはたらく浮力です。浮力の大きさも3.0Nにならないといけないので、物体の中心から3目盛り分矢印を上に引きます。浮力も重力と同じように、物体全体にはたらく力ですので、物体の中心に作用点が来ることも覚えておきましょう。

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