中3理科「水圧・浮力のテストでよく出る問題」です。水圧と浮力は、中学3年生の理科で学ぶ物理分野の中でも特に身近で興味深いテーマです。水中での圧力の変化や浮力の仕組みは、日常生活や自然界での現象と深く結びついています。この単元では、水圧の計算や浮力の原理、アルキメデスの法則など、テストでよく出るポイントが多く、理解することで物理の基礎がしっかり身につきます。この記事では、水圧と浮力に関するテスト頻出問題をピックアップし、重要な考え方や解き方を丁寧に解説します。自信を持ってテストに臨めるよう、しっかり確認していきましょう！
【問題】水圧・浮力の定期テスト対策問題
問1
図1のように、物体をばね 図1ばかりにつるしたところ、ばねばかりは、1.8Nを示した。次に、図2のように、この物体を水中に完全に沈めたところ、ばねばかりは、0.7Nを示した。次の問いに答えなさい。
(1) 図1の物体を空気中から水中に少しずつ沈めていくとき、物体にはたらく浮力の大きさはどのようになっていくか答えなさい。
(2) 図2の物体にはたらく水圧は、上面a、下面bのどちらが大きいか答えなさい。
(3) 図2のとき、物体にはたらく浮力の大きさは何Nか求めなさい。
(4) 次の文は、浮力の大きさについて述べたものである。(1)、(2)にあてはまる言葉をそれぞれ答えなさい。
問2（ ）に適語を入れよ。
- 浮力は、水中の物体に（ ）向きにはらたく。
- 浮力の大きさは、（ ）によって変わらない。
- 水中の物体の（ ）が大きいほど、浮力は大きい。
- 浮力（Ｎ）＝物体にはたらく（ ）（Ｎ）－水中に入れたときのばねばかりの値（Ｎ）
- 浮力（Ｎ）＝空気中での（ ）（Ｎ）－水中での重さ（Ｎ）
【問3】次の問いに答えなさい。
(1) 水中にある物体にはたらく圧力を何というか。
(2) (1)がはたらく向きとして正しいものを、次のア~ウから選びなさい。
ア 上向き イ 下向き ウ あらゆる向き
(3) (1)は、水の深さが深くなるほどどうなるか。
(4) 浮力を示した矢印は、図の㋐・㋑のどちらか。
(5) 水中にある物体の体積が大きいほど、浮力の大きさはどうなるか。
【問4】次の問いに答えなさい。
(1) 空気中にある物体にはたらく圧力を何というか。
(2)(1)は、標高が高くなるほどどうなるか。
(3)(1)がはたらく向きとして正しいものを、次のア~ウから選びなさい。
ア 上向き イ 下向き ウ あらゆる向き
【問5】（ ）に適語入れよ。
（1）（ ）の原理とは、水中にある物体は、その物体がおしのけた体積と同じ体積の水の重さに等しい大きさの浮力という原理である。
（2）水圧は（ ）方向からはたらく。
（3）水の深さが同じであれば、水圧の大きさは（ ）に関係なく等しい。
（4）水圧の大きさは、（ ）ところほど大きい。
（5）深さ5cmでの水圧は（ ）Paか。ただし、水の密度を1.0g/cm³とする。
【ポイント】水圧と浮力の比較
| 項目 | 水圧 | 浮力 |
|---|---|---|
| 定義 | 液体が物体に及ぼす圧力。水中で深さが増すほど大きくなる。 | 水中にある物体が受ける上向きの力。物体の体積や液体の密度によって変わる。 |
| 特徴 | – 深さが増すほど大きくなる。 | – 水中の物体に働く上向きの力。 |
| – 全方向に等しく働く。 | – 水を押しのけた分の重さ（排除した水の重さ）に等しい。 | |
| 公式 | 水圧 = 水の密度 × 重力加速度 × 深さ（※高校） | 浮力 = 押しのけた液体の体積 × 液体の密度 × 重力加速度 |
| 実験例 | – 深い水中に行くほど、物体が押される感覚が強くなる。 | – 水に沈めた物体を引き上げると軽く感じる。 |
| – 水圧計で深さごとの圧力を測定する実験。 | – メスシリンダーで物体の排除した水の体積を測定。 | |
| 応用 | – ダムの構造（下部を厚く設計） | – 船が浮く仕組み（浮力と重力の釣り合い） |
| – 潜水艦の耐圧構造 | – 気球の上昇・下降（浮力の応用） | |
| 注意点 | – 水圧は深さだけでなく、水の密度（海水と淡水の違い）にも影響を受ける。 | – 浮力は物体の重さではなく、排除した水（または液体）の体積と密度によって決まる。 |
(1) 水圧…水中にある物体にはたらく圧力。 水圧は、水にはたらく重力によって生じる。
(2) 水圧のはたらき方…あらゆる向きからはたらく。水の深さが深いほど大きくなる。
(3) 浮力…水中にある物体にはたらく上向きの力。
浮力の大きさ[N]＝空気中で測定した値〔N〕－水中で測定した値〔N〕
(4) 浮力のはたらき方…水中にある物体の体積が大きいほど浮力は大きくなる。
水圧のポイント
- 水中で水の重さによって生じる圧力を水圧という
- 比例の関係があり、水面から深くなればなるほど水圧は大きくなる
- 水圧はあらゆる向きにはたらく
水圧の求め方
水面から深さ10cmのところに、1m²の面がある。この面に加わる水圧［Pa］を計算せよ。ただし、水の密度を1.0g/cm³、100gの物体の働く重力の大きさを1.0Nとする。
- 水圧は水の重さによって生じる圧力ですので、まずは面の上にある水の重さを求めます。
水圧の単位
1m²の面の上には10cmの深さの水が乗っていますが、この水の重さが1000N、つまり100kgの、水が乗っていることになります。圧力［Pa］は、［N/m²］とおなじ圧力でしたので、N÷m²を求めれば水圧［Pa］が計算できます。
- 1000N÷1m²＝1000Paで、hPaで表すと1000Pa＝10hPaとなります。
＜水圧の単位の整理＞
- 1m²＝10000cm²
- 10000cm²×10cm＝100000cm³
- 100000cm³×1.0g/cm³＝100000g
- 100000g＝1000N
パスカルの原理と水圧
水圧がさまざまな向きに同じ大きさに伝わることをパスカルの原理をいいます。浮沈子はこの原理を利用しています。
＜浮枕子（ふちんし）＞
- ピストンを押し始める…水の圧力が大きくなり、浮枕子に水が入る。
- ピストンを十分に押したとき…空気の体積が小さくなり、浮枕子は沈む。
大気圧と水圧の大きさ
1辺が1ｍの水の立方体は質量が1000000ｇであり、重さは1000Nです。よって、深さ1ｍでの水圧は、10000Paです。1気圧は101300Paだから、深さ10ｍの水圧の大気圧の大きさにほぼ相当します。
浮力について
水中では物体に上向きの力がはたらく。これを浮力という。浮力が生じるのは、水中にある物体の上面で下向きにはたらく水圧よりも、下面で上向きにはたらく水圧のほうが大きいからである。この差よって、物体に上向きの浮力がはたらく。
また、浮力は、沈めた深さと関係ありません。
浮力の性質
浮力は、物体が空気中にあるときのばねはかりの値と水中にあるときのばねはかりの値の差で求められる。
物体の左右の面には水圧が同じようにはたらくので、左右の面が受ける水圧はたがいにつりあい、浮力には関係しない。
物体が水面に浮いているとき、その物体の重さと浮力の大きさは同じといえる。そのときの浮力は、物体が押しのけた水の体積の水の重さに等しい。
浮力の求め方
＜「浮力」の求め方の３パターン＞
- 下面にはたらく水圧の大きさ－上面にはたらく水圧の大きさ＝浮力
- 空気中での物体の重さ－水中での物体の重さ＝浮力
- 物体がおしのけた水の体積（水につかっている体積）＝浮力
水中の物体にはたらく浮力を調べる実験
＜手順＞
- 物体をばねばかりにつるし、目もりを読む。
- 物体を少しずつ水中に入れ、目もりがどう変化するか調べる。物体が全部水中に入ったときの目もりを読む。
- さらに水に沈めたとき、目もりがどうなるか調べる。
＜結果＞
| 空気中でのばねばかりが示した値 | 0.45N |
| 水中に浅く入れたときの値 | 0.30N |
| 水中に深く入れたときの値 | 0.21N |
- 浮力＝0.45N-0.30N＝0.15N
- 浮力は深さに関係なく一定である。
空気の圧力
空気には質量があり、地球をとりまく空気（大気）の重さによって生じている圧力を大気圧（または気圧）といい.います。
【解答・解説】水圧・浮力の定期テスト対策問題
問1
(1)大きくなっていく
(2)下面b
(3)1.1N
(4)①体積 ②変わらない
問2
- 上
- 深さ
- 体積
- 重力
- 重さ
【問3】
（1）水圧
（2）ウ
（3）大きくなる
（4）㋐
（5）大きくなる
【問4】
（1）大気圧（気圧）
（2）小さくなる
（3）ウ
【問5】
（1）アルキメデス
（2）あらゆる
（3）向き
（4）深い
（5）500Pa
水圧は水の深さに比例して増加し、深いほど大きくなります。水中にある物体は、その物体の表面に垂直に水圧を受けます。浮力は、水中の物体が受ける上向きの力で、物体が排除する水の重さと等しい力です。この原理はアルキメデスの原理として知られています。浮力の大きさは物体の体積と密度、水の密度に依存し、浮くか沈むかを決定します。
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