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物理

物理ぶつりまな

最終確認日:

このしょうまなぶこと

高校こうこうぶつくちとなるしょうです。 中学ちゅうがくまなんだ 「速さはやさ」 「ちから」 「エネルギーえねるぎー」 を、 高校こうこうでは すうしきベクトルべくとる使つかってより厳みつあらわすようになります。 まずはそのみちかんがかたをそろえましょう。

  • ぶつとはどんながくもんかを
  • 探究たんきゅうながれを高校こうこうレベルでせいする
  • 有効数字ゆうこうすうじあつかかたにつける
  • SI単位系えすあいたんいけい (国際こくさいたん系) をかいする
  • スカラーすからーベクトルべくとるべつする
  • ぶつ実験じっけん安全あんぜんほんかくにんする

ポイント: 中学ちゅうがくぶつ高校こうこうぶつおおきな違ちがは、 「向きむきをきちんとかんがえること」 と 「誤差ごさ精度せいどしきすること」 です。 このしょうどうをそろえ、 だい 2 しょうからの力学りきがくへつなげましょう。

1. 物理ぶつりとはどんな学問がくもん

物理ぶつり役割やくわり

ぶつとは、 ぜんのしくみをすうしきあらわがくもん です。 物体ぶったいがどううごくか、 エネルギーえねるぎーがどううつわるか、 電気でんきひかりがどうふるまうかなどを、 できるだけすくないほうそくとういつ的にせつめい しようとします。

物理ぶつりがくの 4 だい分野ぶんや

ぶんおもあつかうもの高校こうこうでのまなしょう
力学りきがく物体ぶったいうんどうちからエネルギーえねるぎーCh2-Ch5 (ほん教科書きょうかしょ)
力学りきがくねつ温度おんど気体きたいぶつ後半こうはん
どうおとひかりなみぶつ
電磁気学でんじきがく電気でんき電磁波でんじはぶつ

中学ちゅうがく物理ぶつり高校こうこう物理ぶつりのつながり

中学ちゅうがくまなんだこと高校こうこうはってんするかたちしょう
ちから (N) とおもベクトルべくとるとしてのちから作用線さようせんCh3
速さはやさ速度そくど (き)・加速度かそくどCh2
ちからうんどう (F = ma のちょっかん)運動方程式うんどうほうていしき F = ma のすうしきCh3
ごとエネルギーえねるぎー力学りきがくてきエネルギーえねるぎー保存則ほぞんそく (しきあらわす)Ch4
えんうんどう (ていせいてき)向心力こうしんりょく周期しゅうき角速度かくそくど (すうしきで)Ch5

大事だいじ: 高校こうこうぶつでは、 中学ちゅうがくで 「だいたいこうなる」 とまなんだことを、 「なぜそうなるか」 をすうしきせつめい できるようになります。

2. 探究たんきゅうながれを整理せいりする

探究たんきゅうの 7 ステップ (高校こうこうばん)

中学ちゅうがくの 「探究たんきゅう」 をベースに、 高校こうこうでは 誤差ごさ再現性さいげんせいつよしきします。

ステップやること高校こうこうぶつでのれい
① ぎもん観察かんさつから問いといてるおもものほどはやちるか
仮説かせつそうこんきょくうていこうがなければおな
けいかく条件制御じょうけんせいぎょどうしんくうようらっくら
実験じっけん再現性さいげんせいかく5 かい以上いじょう測定そくてい
分析ぶんせきグラフぐらふしきかん-速度そくどグラフぐらふ
考察こうさつ誤差ごさふくろん有効数字ゆうこうすうじけっ
結論けつろん1 ぶんでまとめるしんくうではおなはやさでちる

仮説かせつ法則ほうそくのちがい

ようれい
仮説かせつけんしょう前のそうおもものほどはやちる」
法則ほうそく多数たすう実験じっけんかくにんされたそくせい万有引力ばんゆういんりょく法則ほうそく
原理げんりより根本こんぽんてきしゅっぱつ相対性そうたいせい原理げんり
モデルげんしょうたんじゅんしたひょうげん質点しつてん (おおきさゼロの物体ぶったい)

ポイント: ぶつでは 「ただしい答えこたえ」 がひとつとまっているわけではなく、 「げんてんもっとおおくのげんしょうせつめいできるせつ」 が 法則ほうそくばれます。 ほうそくしょうらいわるのうせいがあります。

3. 有効ゆうこう数字すうじ誤差ごさ

有効ゆうこう数字すうじとは

実験じっけんすうは、 かなら誤差ごさふくみます。 そのすうどのくらいしんらいできるかあらわすのが 有効数字ゆうこうすうじ です。

すう有効数字ゆうこうすうじ
1.233 けた1.235 〜 1.224 までのはば
1.2304 けた最後さいごの 0 もゆう」 とわかる
0.001233 けたせんとうの 0 はカウントしない
1.23 × 10³3 けた1230 とはべつ (1230 は 3 〜 4 けたあいまい)

有効ゆうこう数字すうじ計算けいさんルール

けいさんルールれい
かけざん・わりざんちいさいほうけたすうにそろえる1.2 × 3.45 = 4.14 → 4.1 (2 けた)
ざんざん小数点しょうすうてんけたすくないほうにそろえる1.23 + 4.5 = 5.73 → 5.7

誤差ごさ種類しゅるい

しゅるいげんいんたいさく
偶然誤差ぐうぜんごさそくていのバラつきなんはか平均へいきんをとる
系統誤差けいとうごさどうのくせ・ゼロてんずれどう校正こうせいせい
個人誤差こじんごさりのくせふくすうにんかくにん

大事だいじ: ぶつ答えこたえすう + たん + 有効数字ゆうこうすうじきます。 「3.14 m/s」 と 「3.142 m/s」 はべつ答えこたえとみなします。

4. SI 単位たんいけい

SI 基本単位 7 つの関係を円形に配置した図
SI単位系えすあいたんいけい基本きほん単位たんい 7 つ。 m (ながさ)・kg (質量しつりょう)・s (時間じかん)・A (電流でんりゅう)・K (温度おんど)・mol (物質ぶっしつりょう)・cd (光度こうど) を、 国際こくさいてき統一とういつされた物理ぶつり定数ていすうから定義ていぎする。

基本きほん単位たんい 7 つ

かいきょうつうたん系を SI単位系えすあいたんいけい (国際こくさいたん系、 Système International d'Unités) といます。 7 つの 基本単位きほんたんいだいです。

りょうたん記号きごう
ながメートルm
しつりょうキログラムkg
かんびょうs
電流でんりゅうアンペアA
温度おんどケルビンK
物質量ぶっしつりょうモルmol
光度こうどカンデラcd

よく使つか組立くみたて単位たんい

基本単位きほんたんい組み合わせくみあわせつくたん組立単位くみたてたんいいます。

りょうたん組み合わせくみあわせ
速度そくどm/sながさ ÷ かん
加速度かそくどm/s²速度そくど ÷ かん
ちからN (ニュートン)kg・m/s²
ごとエネルギーえねるぎーJ (ジュール)N・m
仕事率しごとりつW (ワット)J/s
圧力あつりょくPa (パスカル)N/m²
周波数しゅうはすうHz (ヘルツ)1/s

接頭せっとう (10 のなんじょうか)

記号きごうまえおおきされい
Tテラ10¹²1 TB = 10¹² B
Gギガ10⁹GHz
Mメガ10⁶MW
kキロ10³km、 kg
(なし)1m、 s
mミリ10⁻³mm、 mA
μマイクロ10⁻⁶μm
nナノ10⁻⁹nm
pピコ10⁻¹²ps

ポイント: たんちがうままけいさんすると、 答えこたえぜったいいませんけいさんまえかならず m と s にそろえましょう (れい: km/h → m/s は ÷ 3.6)。

5. スカラーとベクトル

始点 A から終点 B へ向かう矢印で表されるベクトル
ベクトルべくとる向きむきおおきさをもつりょう矢印やじるしながさがおおきさ、 矢印やじるしきが向きむきあらわす。 これにたいスカラーすからーおおきさだけのりょう (質量しつりょう時間じかん温度おんどなど)。

物理ぶつりりょうの 2 種類しゅるい

しゅるいせいしつれい
スカラーすからーおおきさだけしつりょう時間じかん温度おんどエネルギーえねるぎー速さはやさ
ベクトルべくとるおおきさ + 速度そくど加速度かそくどちから運動量うんどうりょう

ベクトルのあらわし方

ベクトルべくとるじるしあらわします。 じるしながさがおおきさきがほうこうあらわします。 文字もじくときは、 太字ふとじ (れい: F) やうえ矢印やじるし (れい: F →) でべつします。

ポイント: 教科書きょうかしょる 「ちから矢印やじるし図」 は、 始点してん (りょくのはたらくてん) と なが (おおきさ) と がすべてをもちます。 ノートにえがくときは、 この 3 つをしっかりえがきましょう。

ベクトルの合成ごうせい分解ぶんかい

そうれい
合成ごうせい2 つのベクトルべくとるを 1 つにまとめるひがしへ 3 N + きたへ 4 N → 北東ほくとうりに 5 N
分解ぶんかい1 つのベクトルべくとるを 2 ほうこうけるしゃめんじょう重力じゅうりょくしゃめん方向ほうこう垂直すいちょく方向ほうこう

ベクトルの合成ごうせい (直角ちょっかく場合ばあい)

ちょっかくまじわる 2 つのベクトルべくとるごうせいは、 へいほうていもとめます。

せいぶんおおきさ
x ほうこう: 3
y ほうこう: 4
ごうせいおおきさ√(3² + 4²) = √25 = 5

スカラーとベクトルの計算けいさんのちがい

けいさんスカラーすからーベクトルべくとる
5 + 38 (つねに)きがおなじなら 8、 はんたいなら 2、 ちょっかくなら √34
5 × 210おなきでおおきさ 2 ばい (10)

大事だいじ:速さはやさ 5 m/s」 と 「速度そくど東へ 5 m/s」 はべつりょうです。 高校こうこうぶつでは かならきをしき しましょう。

6. 物理ぶつりまなぶための数学すうがく道具どうぐ

高校こうこう 1 ねんまでに使つか数学すうがく

ぶつ必要ひつよう数学すうがくは、 ほぼ ちゅう 3 〜 こう 1 はんります。

数学すうがくぶつでのよう
1 つぎしきグラフぐらふ等速直線運動とうそくちょくせんうんどう等加速度運動とうかそくどうんどう
2 つぎしき (x = v₀t + ½at²)落下運動らっかうんどう
平方根へいほうこんベクトルべくとるごうせい
三角比さんかくひ (sin・cos・tan)ちから分解ぶんかい斜面しゃめん
ピタゴラスの定理ぴたごらすのていりベクトルべくとるごうせい
比例ひれい反比例はんぴれいフックの法則ふっくのほうそくボイルの法則ボイルのほうそく

三角さんかく使つかいどころ

しゃめんベクトルべくとるぶんかいsin・cos をよく使つかいます。 かく θ の直角ちょっかく三角形さんかくけいで:

かんけいしき
sin θたいへん ÷ しゃへん
cos θへん ÷ しゃへん
tan θたいへん ÷ 隣へん
θsin θcos θtan θ
010
30°1/2√3/21/√3
45°√2/2√2/21
60°√3/21/2√3
90°10

ポイント:しゃめんかく θ」 がてきたら、 重力じゅうりょくしゃめん方向ほうこうせいぶん = mg sin θ垂直すいちょく方向ほうこうせいぶん = mg cos θていばんです。 Ch3 でくわしくまなびます。

7. ふりかえりと安全あんぜん配慮はいりょ

このしょうのチェックリスト

  • [ ]ぶつの 4 大分おおいた (力学りきがくねつなみ電磁気学でんじきがく) がえる
  • [ ]探究たんきゅうの 7 ステップをせつめいできる
  • 有効数字ゆうこうすうじかぞかたけいさんルールがわかる
  • [ ]SI単位系えすあいたんいけいほん 7 たんえる
  • [ ]組立単位くみたてたんい (N・J・W・Pa) を基本単位きほんたんいあらわせる
  • スカラーすからーベクトルべくとるちがいをせつめいできる
  • [ ]ベクトルべくとるじるしえがける、 合成ごうせい分解ぶんかいができる
  • [ ]三角比さんかくひ (sin・cos・tan) のあたい (30°・45°・60°) をえる

このしょう安全あんぜん配慮はいりょ ── 単位たんい換算かんさん計算けいさん安全あんぜん

ぶつの 「」 のおおくは、 たんちが からきます。 1999 ねん NASA の せいこう探査たんさ は、 ヤード・ポンドと SI たんちがえて失敗しっぱいしました。

めんけんたいさく
けいさんまえたんが km/h と m/s がざるかならず m と s にそろえる (km/h ÷ 3.6)
実験じっけんさしとデジタル機精度せいどちが有効数字ゆうこうすうじをそろえる
けっ報告ほうこく有効数字ゆうこうすうじおおすぎる入力にゅうりょく一番いちばんアバウトなけたにそろえる
おおきなかず0 がおおくてまちがえる10 のべきであらわす (1.23 × 10⁸)
ちいさなかず小数点しょうすうてんちがえるせっとう辞 (μ・n・p) を使つか

物理ぶつり実験じっけん共通きょうつう安全あんぜんルール

ルールくわしく
保護メガネほごめがね力学りきがく実験じっけんでもかえりにそなえる
進行しんこう方向ほうこうたないだいしゃ振り子ふりこどう上をける
でん実験じっけん短絡たんらく (ショート) をつくらない
ひかり・レーザーレーザーこうぜったいをのぞきまない
しゅうりょうせいでんげん OFF・やくひんふんべつろくぞん

大事だいじ: けいさんミスはたんなる 「てんうしなう」 ですが、 じっけんちゅうのミスはケガやさい につながります。 数字すうじおなじように、 安全あんぜんも 「誤差ごさゼロ」 をめざしましょう。

しょう: だい 2 しょうではいよいよ 等加速度運動とうかそくどうんどう落下運動らっかうんどうはいります。 ガリレオが 400 ねんまえ発見はっけんした 「落下らっかほうそく」 を、 このしょうまなんだベクトルべくとる有効数字ゆうこうすうじどうであつかいます。

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