物理：式・単位・グラフで捉える運動とエネルギー
本試験の物理分野は、物体の運動と力、仕事とエネルギー、波、電流と磁界を、式・単位・グラフを対応させて理解しているかを試す。計算問題では途中の式と単位を書き、結果の妥当性を確かめる姿勢が重要である。
核となる規則
- 力のつり合い：同一物体に働く力のベクトル和が0。作用・反作用は別の物体に働くので混同しない。
- 運動方程式 ma=F。質量[kg]と重力[N]を区別し、重力加速度は9.8 m/s²。
- 仕事 W=Fd（力と変位が同じ向き）。仕事率 P=W/t。力学的エネルギー保存は摩擦や空気抵抗が無視できるときだけ。
- 波：v=fλ。音の速さは空気中で約340 m/s、光は空気中で約3.0×10⁸ m/s。
- オームの法則 V=RI。直列は電流共通、並列は電圧共通。電力 P=VI。
- 圧力 p=F/A。浮力は物体が押しのけた流体の重さに等しい（アルキメデスの原理）。
計算例
質量2.0 kgの物体を高さ5.0 mから静かに落とす。空気抵抗を無視し、地面直前の速さを求める。力学的エネルギー保存より mgh = ½mv²。両辺のmを消去し、v²=2gh=2×9.8×5.0=98。v=√98≈9.9 m/s。有効数字2桁なら9.9 m/s。高さを2倍にすると速さは√2倍であり、2倍ではない点まで確認する。
失点しやすい点
質量と重さ、速さと速度、仕事と仕事率を混同する。v-tグラフの面積が変位、傾きが加速度になる。直列・並列の抵抗合成を逆に覚える。光が空気中から水中へ進むとき屈折角が入射角より小さくなる。単位を付けずに答え、有効数字を無視する答案も減点対象になりやすい。