理科【基本】固体・液体・気体の体積変化

問１

（１）次の特ちょうに当てはまるものを、ア～ウから選びなさい。

ア. 固体　　イ. 液体　　ウ. 気体

① 入れた容器の形に合わせて自由に形が変わり、力を加えても体積はほとんど変わらない。

② 置いておくだけではかんたんに形は変わらず、力を加えても体積はほとんど変わりません。

③ 入れた容器の形に合わせて自由に形が変わり、力を加えると体積が大きく変わります。

答え（１）

① イ　② ア　③ ウ

（２）鉄、空気、水は、それぞれどの状態の物ですか。（１）のア～ウから選びなさい。

答え（２）

鉄：ア　空気：ウ　水：イ

（３）図は、物質の状態と熱の出入りの関係をあらわしています。① と ② に当てはまる言葉として、正しい組み合わせを選びなさい。

ア. ① 熱する　② 冷やす

イ. ① 冷やす　② 熱する

答え（３）

ア

（４）物質の温度による体積の変化について、□に当てはまる言葉を答えなさい。

① 物をあたためると、重さは変わらずに体積がふえます。この現象を \(\boxed{　}\) といいます。

② 物を冷やすと、重さは変わらずに体積がへります。この現象を \(\boxed{　}\) といいます。

答え（４）

① 膨張ぼうちょう　② 収縮しゅうしゅく

（５）気体、液体、固体のうち、温度による体積の変化が ①もっとも大きいもの、②もっとも小さいものはどれですか。

答え（５）

① 気体　② 固体

（６）ビーカーを2つ用意し、1つには氷を、もう1つには固体のロウを入れて60℃まで加熱していくと、両方とも液体になりました。このときの体積の変化について正しいものを、ア～エから選びなさい。

ア. 液体になると、氷もロウも体積が増えた

イ. 液体になると、氷もロウも体積が減った

ウ. 液体になると、氷は体積が増え、ロウは体積が減った

エ. 液体になると、氷は体積が減り、ロウは体積が増えた

答え（６）

エ

解説（６）

温度の変化による体積の変化の大きさは、物質の種類によって異なるが、ほとんどの物質は温度が高くなれば、体積は大きくなる。
一方、水は特別な変化をする。水は4℃のときがもっとも体積が小さく、4℃より高い温度でも低い温度でも体積は膨張する。ただし、水（液体）の温度による体積の変化は小さく、水の温度に関わらず、氷のほうが水より体積は大きい。

問２

温度と物の変化を利用している例を示しました。

例１　空気の入ったピンポン玉は少しへこんでも湯につけるともどる。

例２　棒温度計はガラス管の中に色をつけたアルコールによって温度を測定する。

例３　鉄道のレールは事故防止のためつなぎ目にすき間をつくっている。

（１）ピンポン玉の中の空気、ガラス管の中のアルコール、鉄道のレールは、あたためることによって何が変化しますか。

答え（１）

体積

（２）温度の変化と（１）の変化にはどのような関係がありますか。

答え（２）

温度が高いほど、体積は大きくなる

（３）空気、アルコール、レールの中で、温度による（１）の変化がもっとも大きいものはどれですか。また、もっとも小さいものはどれですか。

答え（３）

もっとも大きい：空気
もっとも小さい：レール

解説（３）

熱による体積の変化がもっとも大きいのは、気体。
熱による体積の変化がもっとも小さいのは、固体。

問３

物質は液体や固体にすがたを変えると、その体積も変化します。水は液体から固体になると体積は10%増加し、ろうは液体から固体になると体積は10%減少するものとします。また、1cm³あたりの質量は物質により異なり、液体の水1cm³あたりの質量は1g、液体のろう1cm³あたりの質量は0.9gであるとします。

（１）100cm³の液体の水に100cm³の固体のろうを入れると、質量は合わせて何gになりますか。

答え（１）

200g

解説（１）

100cm³の液体の水の質量は、
1 × 100 = 100(g)
固体のろうが液体になっても、質量は変わらない。固体のろう100cm³が液体のろうになったときの体積は、
100 × \(\dfrac{100}{90}\) = \(\dfrac{1000}{9}\)(cm³)
このとき液体のろうの質量は、
0.9 × \(\dfrac{1000}{9}\) = 100(g)
したがって水とろうを合わせた質量は、
100 + 100 = 200(g)

（２）液体の水と液体のろうが合わせて228gあります。これを別々に固体にしたあとの体積の合計は、液体のときと変わりませんでした。液体の水と液体のろうの体積はそれぞれ何cm³ですか。

答え（２）

液体の水：120cm³　液体のろう：120cm³

解説（２）

液体の水の体積を A(cm³)、液体のろうの体積を B(cm³)とすると、固体の水とろうの体積はそれぞれ、1.1 × A　(cm³)、0.9 × B (cm³) とあらわすことができる。
液体の体積の和と固体の体積の和は等しいので、
A + B = 1.1 × A + 0.9 × B
1.1 × A – A = B – 0.9 × B
0.1 × A = 0.1 × B
A = B ・・・①
また、質量の和が228gより、
A + 0.9 × B = 228 ・・・②
②を①で置き換えると、
A + 0.9 × A = 228
1.9 × A = 228
A = 120(cm³)
①より、B = 120(cm³)

問４

液体と気体の変化を確かめるために、同じ大きさのフラスコAとBを用意しました。

図のように、フラスコAには赤い色水をいっぱいに入れ、フラスコBには何も入れず、それぞれにガラス管のついたゴム栓をしました。このとき、フラスコAではガラス管内の液面が図の → の高さになりました。次に、フラスコBのガラス管内に、少量の赤インクを、フラスコAの液面の高さと同じ高さになるように入れました。

【実験１】それぞれのフラスコを手であたためて、Aの液面とBの赤インクの動きを見た。

【実験２】それぞれのフラスコを50℃のお湯に入れて、Aの液面とBの赤インクの動きを見た。

（１）実験１では、フラスコAの液面の高さはほとんど変化しませんでした。フラスコBの赤インクの位置はどのように変化しましたか。ア～ウから正しいものを選びなさい。

ア. 上へ動いた

イ. 下へ動いた

ウ. 変化しなかった

答え（１）

ア

（２）実験２の結果を表した図として、正しいものをア～エから選びなさい。

答え（２）

イ

（３）実験１、２の結果からわかることをまとめました。□に当てはまる言葉を答えなさい。

液体も気体も、あたためると体積が \(\boxed{ア}\)、温度の変化が大きいほど体積の変化は \(\boxed{イ}\) なる。また、液体と気体では \(\boxed{ウ}\) の方が体積の変化が大きい。

答え（３）

ア：ふえ（大きくなり、膨張し）
イ：大きく　ウ：気体

次に、同じ大きさのフラスコCとDを用意し、実験３を行いました。

【実験３】図のように、フラスコCには赤い色水をフラスコの半分まで入れ、フラスコDには赤い色水を少しだけ入れました。それぞれにガラス管のついたゴム栓をして、2つのフラスコを同時に熱湯につけました。

（４）実験３の結果を正しく述べているものをア～カから選びなさい。

ア. フラスコC、Dともに、ガラス管の先から色水が同じ勢いでふき出した。

イ. フラスコCの方が、ガラス管の先から色水が勢いよくでふき出した。

ウ. フラスコDの方が、ガラス管の先から色水が勢いよくでふき出した。

エ. フラスコC、Dともに、ガラス管内の色水の液面が急激に下がった。

オ. フラスコCの方が、ガラス管内の色水の液面が急激に下がった。

カ. フラスコDの方が、ガラス管内の色水の液面が急激に下がった。

答え（４）

ウ

解説（４）

フラスコC、Dともに、フラスコ内の空気があたためられて、体積が大きくなり色水が押し出されてふき出す。元のフラスコ内の空気がCより多いDの方が、体積の変化が大きく、勢いよくふき出す。

（５）温度変化で、空気の体積が変わることによって起こる現象を、ア～オから選びなさい。

ア. 寒くなると、鉄道の線路のレールとレールのつなぎ目にすき間ができる。

イ. ポテトチップスの袋を山の上に持っていくとふくらむ。

ウ. へこんだピンポン玉をお湯につけると元に戻る。

エ. かたくなったビンのふたを、お湯につけるとあきやすくなる。

オ. ヘリウムガスを風船に入れると、空中に浮かぶ。

答え（５）

ウ

解説（５）

ア → 固体の体積変化
イ → 気圧による空気の体積の変化
エ → 固体の体積変化
オ → 比重の違い

問５

図のように、色のついたアルコールが入ったフラスコを0℃の水につけ、ガラス管内のアルコールの液面の位置が「0」になるようにものさしをガラス管に取りつけました。水槽の温度を変えていったときの、水そうの水の温度と液面の位置の関係を表に示しました。

（１）表中のア、イに入る数字を答えなさい。

答え（１）

ア 3.9　イ 6.5

解説（１）

表より、水そうの温度が10℃上がるごとに、目盛りは1.3cm増えていることがわかる。よって、ア = 3.9、イ = 6.5

（２）このしくみを利用した道具を1つ答えなさい。

答え（２）

温度計