- 電磁気の全体像がつかめない
- 公式が多すぎて整理できない
- どこから手をつければいいかわからない
高校物理の電磁気は、力学に次ぐ大きな配点を占める最重要分野です。共通テストでも二次試験でも必ず出題されます。
しかし「目に見えない現象」を扱うため、力学の感覚が通用せず、多くの受験生がつまずく分野でもあります。
電磁気を攻略するカギは「電気→磁気」の順で体系的に学ぶことです。このページでは電気範囲を、後半の磁気編で磁気範囲を扱います。
電磁気の学習ロードマップ
STEP 1 電気の性質（電荷・クーロンの法則）
STEP 2 電界・電位（場の概念を理解する）
STEP 3 コンデンサー（4大公式＋回路問題）
STEP 4 直流回路（キルヒホッフ・過渡現象）
STEP 5 磁界の発生・ローレンツ力 → 磁気編へ
STEP 6 電磁誘導・交流 → 磁気編へ
- 学校の授業はノートを書くのが大変で話に集中できない
- 復習したいけど同じ授業をもう1回は聞けない
- 本質の理解よりも点数を取ることを重視したい
学校の授業はとても非効率的です。1回50分程度の授業を週2~4回しかやりません。
しかも復習するときは同じ授業をもう1回受けることができないので、「あのときなんて言ってたっけ？」と思っても対処がしにくいです。
YouTubeを利用した動画学習であれば、次のようなメリットがあります。
- 何度も同じ授業が見れるから復習しやすい
- 好きな場所、好きなタイミングでできる
- 一時停止ができるので自分の理解度に合わせて進められる
まことの高校物理教室では、物理基礎・高校物理が苦手な初心者～なんとなく分かるという中級者向けに解説を行っています。
ノートを取ることに集中してしまうと学校と同じなので、動画内で使っているプリントデータもダウンロードできるようにしました。
各動画の下に『プリントデータはこちら』というボタンがあるので、そちらからダウンロードしてください。
電気の性質
電磁気の出発点は「電荷」と「クーロンの法則」です。正電荷・負電荷の性質、導体と不導体（絶縁体）の違い、静電誘導と誘電分極を理解しましょう。
クーロンの法則は万有引力の式と形が同じです。力の向き（引力 or 斥力）を符号ではなく図で判断するのがポイントです。
- 中学理科の電気が苦手だった
- クーロンの法則をまだ知らない
学校の授業はノートを書くのが大変で話に集中できない 復習したいけど同じ授業をもう1回は聞けない 本質の理解よりも点数を取ることを重視したい 学校の授業はとても非効率的です。1回50分程度の授業を週2~4回しかやりません[…]
電界・電位
電界（電場）と電位は、電磁気で最初にして最大の壁です。目に見えない「場」の概念を理解できるかどうかで、この先の学習効率が大きく変わります。
電界＝「1Cあたりに働く力」、電位＝「1Cあたりの位置エネルギー」と定義をしっかり押さえましょう。点電荷が作る電界・電位の重ね合わせ、等電位面と電気力線の関係が頻出です。
- 言葉は聞いたことあるけどイメージがわかない
- 足し方のルールがわからない
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コンデンサー
コンデンサーは入試で最も差がつくテーマの1つです。覚えるべき公式は4つ（\(Q=CV\)、\(C=\varepsilon\frac{S}{d}\)、\(E=\frac{V}{d}\)、\(U=\frac{1}{2}CV^2\)）。
回路に組み込まれたときのパターンは大きく2タイプ：「スイッチを切り替える問題」と「誘電体を挿入する問題」です。電荷保存の式を正しく立てられるかが合否を分けます。
- 覚えておくべき式が整理できない
- 回路のなかに出てくるとわからなくなる
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直流回路
直流回路の解法はキルヒホッフの法則（電流則＋電圧則）が基本です。複雑そうに見える回路も、ループごとに電圧則を立てればほとんど解けます。
上級テーマとして、コンデンサーの過渡現象（充電・放電）や電球の明るさを含む問題があります。過渡現象は「十分時間が経った後」の定常状態をまず考えるのがコツです。
- まず何をすればいいのかわからない
- 過渡現象や電球などへの対処法がわからない
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「電磁気が苦手」は思考のクセが原因です
ジュール熱と消費電力
ジュール熱 \(Q=I^2Rt\) と消費電力 \(P=IV\) の使い分けが重要です。問題を解くときは消費電力を最優先で考えると効率的です。
解くうえでは消費電力が最優先！ジュール熱と消費電力の関係性
電気範囲の重要公式まとめ
【クーロンの法則】 \(F=k\frac{q_1 q_2}{r^2}\)
【電界の定義】 \(E=\frac{F}{q}\) ／ 点電荷の電界 \(E=k\frac{Q}{r^2}\)
【電位の定義】 \(V=\frac{U}{q}\) ／ 点電荷の電位 \(V=k\frac{Q}{r}\)
【コンデンサー4大公式】
- \(Q=CV\)（電荷と電圧の関係）
- \(C=\varepsilon\frac{S}{d}\)（電気容量）
- \(E=\frac{V}{d}\)（極板間の電界）
- \(U=\frac{1}{2}CV^2=\frac{1}{2}QV=\frac{Q^2}{2C}\)（静電エネルギー）
【オームの法則】 \(V=RI\)
【消費電力】 \(P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}\)
【ジュール熱】 \(Q=Pt=I^2Rt\)
次のステップ：磁気編へ進もう
電気範囲が理解できたら、次は磁界・ローレンツ力・電磁誘導・交流を扱う磁気編に進みましょう。
電磁気の後半は、電気範囲で学んだ電界・コンデンサー・回路の知識がベースになります。電気範囲に不安がある場合は、先にこのページの内容を固めてから進むのがおすすめです。
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