物理基礎の全5分野の要点を1記事に凝縮しました。
「テスト前にサッと確認したい」「受験に向けて基礎の抜けをチェックしたい」という方は、このページをブックマークしておくと便利です。
各分野の最重要ポイントと代表的な公式を整理し、さらに詳しい解説記事へのリンクも掲載しています。
① 力と運動
物理基礎の土台となる分野です。ここが曖昧だと、後の分野すべてに影響します。
速度と加速度
- 速度 = 単位時間あたりの位置の変化。向きを含む（ベクトル量）
- 加速度 = 単位時間あたりの速度の変化。「速度が変わる割合」
- 等加速度直線運動の3公式は必ず使いこなせるようにする
等加速度直線運動の3公式:
$$v = v_0 + at$$
$$x = v_0 t + \frac{1}{2}at^2$$
$$v^2 – v_0^2 = 2ax$$
運動の法則
- 慣性の法則: 力が加わらなければ、物体は等速直線運動（または静止）を続ける
- 運動方程式: \(ma = F\)（加速度は力に比例し、質量に反比例）
- 作用反作用の法則: 2物体間の力は常に大きさが等しく逆向き
運動方程式は物理基礎で最も重要な式です。「力の図示 → 運動方程式を立てる → 解く」の流れを体に染み込ませましょう。
落体の運動
- 自由落下: 初速0、加速度 \(g\)（≒9.8 m/s²）で落下
- 鉛直投げ下ろし: 初速 \(v_0\) で下向きに投げる
- 鉛直投げ上げ: 上向きに投げ、最高点で速度0になり落下
すべて等加速度直線運動の3公式で解けます。向きの正負を最初に決めるのがコツです。
② エネルギー
「仕事」と「エネルギー」の概念は、力学だけでなく電気・熱の分野にもつながる横断的テーマです。
仕事
$$W = Fs\cos\theta$$
- 力の向きと移動の向きが同じなら \(\cos 0° = 1\) → \(W = Fs\)
- 力と移動が垂直なら \(\cos 90° = 0\) → 仕事は0（例: 等速円運動の向心力）
- 仕事の単位はJ（ジュール）
運動エネルギーと位置エネルギー
$$K = \frac{1}{2}mv^2 \quad（運動エネルギー）$$
$$U = mgh \quad（重力による位置エネルギー）$$
$$U = \frac{1}{2}kx^2 \quad（弾性力による位置エネルギー）$$
力学的エネルギー保存則
保存力（重力・弾性力）のみが仕事をする場合、力学的エネルギーの総和は一定です。
$$\frac{1}{2}mv_1^2 + mgh_1 = \frac{1}{2}mv_2^2 + mgh_2$$
摩擦力や空気抵抗がある場合は保存されません。「どの力が仕事をしているか」を見極めるのがポイントです。
▶ 詳しい解説: 仕事とエネルギー ｜ 力学的エネルギー保存則
「公式を覚えたのに解けない」を「なぜそうなるか分かるから解ける」に変える。今日から。
③ 波動
波動は「目に見えない現象を式とグラフで捉える」力が問われます。
波の基本
- 横波: 振動方向と進行方向が垂直（例: 光、弦の振動）
- 縦波: 振動方向と進行方向が同じ（例: 音波）
- 波の基本式: \(v = f\lambda\)（速さ = 振動数 × 波長）
音波
- 音は縦波（空気の疎密の伝搬）
- 音速は気温で変わる: \(v ≒ 331.5 + 0.6t\)（m/s、\(t\) は気温℃）
- うなり: 振動数がわずかに異なる2音の干渉。1秒間のうなりの回数 = \(|f_1 – f_2|\)
弦の振動と気柱の共鳴
- 弦の固有振動: 両端が節（固定端）。基本振動は波長 = 弦の長さの2倍
- 開管・閉管の共鳴条件も頻出。閉管は奇数倍振動のみという点を忘れずに
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④ 電気
物理基礎の電気分野は「直流回路」が中心。公式の数は少ないですが、回路の読み方を正確に理解することが大切です。
オームの法則
$$V = RI$$
- \(V\): 電圧（V）、\(R\): 抵抗（Ω）、\(I\): 電流（A）
- 抵抗は「電流の流れにくさ」。回路の各部分にオームの法則を適用できるようにする
抵抗の接続
直列接続:
$$R_{合} = R_1 + R_2 + \cdots$$
並列接続:
$$\frac{1}{R_{合}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots$$
直列は「電流が同じ、電圧が分配」、並列は「電圧が同じ、電流が分配」と覚えましょう。
電力とジュール熱
$$P = VI = RI^2 = \frac{V^2}{R}$$
$$Q = Pt = VIt \quad（ジュール熱）$$
電力（W）は「1秒あたりに消費するエネルギー」、ジュール熱（J）は「一定時間に発生する熱量」です。
⑤ エネルギーの変換と保存
物理基礎の最後の分野。力学・電気・熱を横断する「エネルギーの本質」を扱います。
熱とエネルギー
- 熱量: \(Q = mc\Delta T\)（質量 × 比熱 × 温度変化）
- 熱容量: 物体全体の温度を1K上げるのに必要な熱量（\(C = mc\)）
- 熱量の保存: 高温物体が失った熱量 = 低温物体が得た熱量
エネルギーの変換と効率
$$\eta = \frac{W_{out}}{Q_{in}} \times 100 \quad（\%）$$
- エネルギーは形を変えるが、総量は保存される（エネルギー保存則）
- 変換効率は100%にならない（必ず一部が熱として散逸）
- 発電所の仕組み（火力・水力・原子力）も出題されることがある
まとめ：物理基礎の攻略ポイント
物理基礎の全5分野を振り返りました。最後に、学習のポイントを3つに絞ります。
1. 運動方程式をマスターする
力学は全分野の土台。\(ma = F\) を自在に使えるかどうかで、物理基礎の得点が決まります。
2. 公式を「意味」で理解する
公式の丸暗記では応用問題に対応できません。「なぜこの式が成り立つのか」を説明できるレベルを目指しましょう。
3. 分野を横断して考える
エネルギーの概念は力学・電気・熱のすべてに共通します。分野ごとに切り離すのではなく、つながりを意識すると理解が深まります。
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