物理：エネルギー・運動・電流・波
物理分野では、エネルギーと運動、電流回路、波の性質を、定義・法則・計算の三つを結びつけて問う。公式を暗記するだけでなく、どの量が保存され、どの量が変化するかを場面ごとに判断する力が見られる。
エネルギーと運動
- 仕事は W=力×力の向きに動いた距離[J]。仕事率は P=W/t[W]。同じ仕事でも時間が短いほど仕事率は大きい。
- 力学的エネルギー=運動エネルギー+位置エネルギー。摩擦や空気抵抗が無視できるとき保存される。運動エネルギーは速さの2乗に比例し、位置エネルギーは基準面からの高さに比例する。
- エネルギーは光・電気・熱・音・位置エネルギーなどに移り変わる。全体量は保存されるが、利用できるエネルギーは減っていく。
電流と波
- オームの法則 V=RI。直列は電流が共通で電圧の和、並列は電圧が共通で電流の和。電力 P=VI、電力量=Pt[J]。
- 波では v=fλ。振動数は波源で決まり、媒質が変わっても振動数は変わらない。音は空気中で約340m/s。光は入射角=反射角で反射し、凸レンズでは平行光線が焦点に集まる。
例題
12Ωの抵抗に6Vを加え、5分間流した。電流は I=V/R=6/12=0.5A。電力は P=VI=6×0.5=3W。5分=300秒なので電力量は 3×300=900J。抵抗で消費された電力量がすべて熱になるものとして、発熱量も900Jと答える。時間を秒に直すことが要点。
失点しやすい点
質量[kg]と重力[N]を混同する。仕事では力の向きの移動距離だけを使い、水平移動と持ち上げを区別する。直列・並列で一定になる量を逆にする。電力[W]と電力量[J]を同じものとして扱う。波では振動数と波長を入れ替え、凸レンズでは像の向きと大きさを図なしで決めつける。