中学受験理科では、金属の温度と体積の関係を理解することが重要です。中でもよく出題されるのが「熱した鉄球は鉄輪を通らなくなる」「冷ますと通るようになる」といった実験問題。本記事では、金属が温度によってどのように体積を変えるのか、鉄球と鉄輪の実験を例にしてわかりやすく解説します。覚えておきたいポイントやよく出る出題パターンも紹介します！
「金属の温度と体積」基本問題
Ｑ：下の図のように、同じ金属でできた球と輪が、普通の温度では、球が輪をぎりぎり通らないようになっている。この球が輪を通るようにするにはどのようにすればよいか。次の中から適するものを一つ選び、記号で答えよ。
ア 球だけを氷水に入れて冷やす。
イ 球だけをガスバーナーで加熱する。
ウ 輪だけを氷水に入れて冷やす。
エ 輪だけをガスバーナーで加熱する。
オ 球と輪の両方を氷水に入れて冷やす。
カ 球と輪の両方をガスバーナーで加熱する。
金属の温度と体積変化
金属も空気や水と同じように、あたためると膨張（ぼうちょう）して体積や長さが増し、冷やすと収縮（しゅうしゅく）して体積や長さが減ります。
下の図のように、室温でぎりぎり鉄でできた輪を通る鉄球を熱してみると、鉄球が膨張し体積が増し、輪を通らなくなります。
また、鉄の輪も熱すると体積が増し、輪の大きさが大きくなります。はじめは輪を鉄球がぎりぎり通らない場合、鉄の輪を熱すると鉄球が通るようになります。
金属の温度による体積変化の例
金属が温度によって体積が変化する現象は、身近なところで観察できます。この身近な現象を記述で答えさせる問題も多く見られますので、説明できるようになっておきましょう。
- 金属でできたふたが開かないとき、湯であたためると楽に開けることができる。
- 鉄道のレールのつなぎ目には、熱でのびても線路が曲がらないようにすき間が開いている。
- 電線は、電柱と電柱の間に、冷えて収縮し切れないようにたるみをもたせて張られている。
「金属の温度と体積」基本問題 解答
Ａ
輪よりも球の方が大きいので、輪を熱して輪の穴を大きくするか、球を冷やして球を小さくするか、どちらかの方法で通すことができます。したがって答えは、アとエになります。
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