物理：波・光・電流
「物理：波・光・電流」では、音や光の性質を規則として理解し、回路の計算と磁界・電磁誘導の向きを判断する力が問われる。計算問題と作図・向きの判断が半々に出るので、公式の暗記だけでなく「なぜその向きになるか」を説明できるようにしておきたい。
音と光の性質
- 音は物体の振動が空気などを伝わる波。振動数が多いほど高い音、振幅が大きいほど大きい音になる。空気中での速さは約 340 m/s。
- 反射の法則：入射角と反射角は等しく、どちらも法線からはかる。
- 光が空気から水・ガラスへ進むとき、屈折角は入射角より小さくなる。入射角がある角度を超えると全反射する。
- 凸レンズ：光軸に平行な光は焦点を通り、焦点を通った光は光軸に平行になり、レンズの中心を通る光は直進する。物体が焦点距離の2倍より遠いと倒立・小さい実像、焦点距離と2倍の間だと倒立・大きい実像、焦点以内だと正立・大きい虚像になる。
電流回路の計算
- オームの法則 V＝R I。直列では電流が一定で、電圧は抵抗の比で分配され、合成抵抗は R₁＋R₂。
- 並列では電圧が一定で、電流は抵抗の逆比で分かれ、合成抵抗は各抵抗より必ず小さくなる。
- 電力 P＝V I。電力量・熱量〔J〕＝電力〔W〕×時間〔s〕。
電流と磁界
- 直線電流のまわりの磁界は電流を中心とする同心円で、向きは右ねじの法則で決まる。
- 磁界中の電流が受ける力の向きはフレミングの左手の法則で決まる。
- 電磁誘導：コイルを貫く磁界が変化すると誘導電流が流れる。磁石を動かす速さが大きいほど電流は大きい。誘導電流は磁界の変化を妨げる向きに流れる。
例題
6.0 V の電源に 2.0 Ω と 3.0 Ω の抵抗を並列につないだ。全体の電流と合成抵抗を求めよ。
考え方：並列なのでどちらの抵抗にも 6.0 V がかかる。2.0 Ω に 6.0÷2.0＝3.0 A、3.0 Ω に 6.0÷3.0＝2.0 A。全体の電流は 3.0＋2.0＝5.0 A。合成抵抗は 6.0 V÷5.0 A＝1.2 Ω となり、2.0 Ω よりも小さい。
失点しやすいポイント
- 直列と並列で「一定になる量」を取り違える。
- 並列の合成抵抗を 2.0＋3.0＝5.0 Ω としてしまう。
- 凸レンズで、焦点以内の物体の像を実像と書く。
- 電磁誘導で、磁石を止めている間も誘導電流が流れ続けると考える。