東大難関大受験専門塾 現論会

【最新版】高校物理の公式を使いこなそう!【物理の得点があがる】

更新日 : 2020年8月8日

物理の公式がどうしても覚えられない…

公式の暗記はできるけど全然使いこなせない…

高校物理の公式ってどんなものがあるのかざっくりと知りたい

こういった悩みを抱えている方はとても多いものです。

この記事ではそんな方に向けて「高校物理の公式の使いこなし方」ということで、「物理公式との向き合い方」をレクチャーします!

物理が苦手な方はもちろん、物理が得意だという方もぜひ最後まで御覧ください!

物理の公式を使いこなす方法

笹田
笹田

物理の公式ってどうやって学習していけば良いのですか?

物理の公式を学習する上で最も重要なことは「導出過程を理解する事」です。

教科書で太字で載せられている公式は、様々な式変形などを経て導出されたいわば「最終形態」となります。

もちろん公式そのものを暗記することも重要ですが、物理の本質を理解し成績を飛躍的に伸ばしたいのであれば、導出過程まできちんと理解する必要があります。

例:運動方程式

例えば、力学で習う超重要公式である「運動方程式」についてお話します。

比較的暗記しやすい公式であり、暗唱できる方は多いと思いますが、どのようにして導き出されたのかを説明することはできるでしょうか?

そして、なぜそのような形になるのか感覚的に理解していますでしょうか?

以上の2点を人に説明できない場合は、「公式の導出過程の理解が不十分」だということになります。

自信のない方はしっかりと復習しておきましょう。

物理の公式まとめ:力学編

笹田
笹田

代表的な力学の公式を紹介します!

等加速度直線運動

力学で序盤に習う公式の1つである「等加速度直線運動」の公式。

微積分の知識があれば暗記すべき式は1つのみで、残りの2つは導出することができます。

また、意味をしっかりと理解できていれば「自由落下運動」「鉛直下方投射」「鉛直上方投射」「水平投射」「斜方投射」などの応用的な公式をすべて導出することができます。

運動方程式

運動の第2法則から導き出された「運動方程式」。

物質の運動の性質を表す、究極の式です。

「エネルギー」「運動量」「円運動」など、重要な公式群を導出するもとになるものであり、とても重要です。

運動方程式で躓くと力学が苦手になる原因になるため、力を入れて学習するようにしましょう。

力学的エネルギー保存則

保存力以外の力が仕事をしないときに成り立つ「力学的エネルギー保存則」。

頻出なので、使いこなせるという人も多いことでしょう。

たしかに計算問題で頻出かつ答えを出しやすい問題が多いのですが、応用問題になると「この場合は使えない」といった場面が出てきます。

使える場面と使えない場面まで把握できると一人前と言えるでしょう。

運動量保存則

力積という新しい概念を習った直後に出てくる「運動量保存則」。

エネルギー保存則と違い、こちらはベクトルが絡んでくる公式となります。

物体系に働く外力の和が0に等しいときに成り立つもので、きちんと理解できれば怖くはない分野の公式です。

とはいえベクトルということは「符号はどちらか」という問題がつきまとうので、苦手な方は苦労するであろう公式とも言えます。

等速円運動

等速で円運動する際に成り立つ「等速円運動の公式」。

次に習う「単振動」を理解する上で重要な概念である、円運動の速度、加速度、周期などを学びます。

実世界では目にしないため、イメージしにくいのがネックですが等速円運動をきちんと理解できればいろいろな物理現象に対する理解が深まります。

単振動

変位に比例する復元力が物体にかかる際に成り立つ「単振動の公式」。

問題のバリエーションも多く、単純に公式を暗記しているだけでは手が出ないでしょう。

しっかりと「円運動」の公式とリンクさせて理解することが重要です。

万有引力

すべての物体に存在している「万有引力」。

天体にかかる力を扱うため、よりスケールの大きな話になってきます。

「重力とは何か」を問われたり、公式の形が今までと全く異なるものだったりするためいくつか躓くポイントがあります。

ここを乗り越え、しっかりと理解することができれば力学は十分に身についていると言えるでしょう。

物理の公式まとめ:熱力学編

笹田
笹田

代表的な熱力学の公式を紹介します!

状態方程式

ボイル・シャルルの法則とともに重要な公式である「状態方程式」。

化学でも出題され、理想気体において適用可能な汎用性の高い公式となります。

頻出のため、しっかりと理解しておくようにしましょう。

分子運動

気体の分子に着目し、力学の概念を組み合わせて導出される「分子運動の公式」。

気体の圧力を力学的に求めることができ、導出過程も詳しく学ぶため理解しやすい内容となっています。

ただ、公式の導出がそのまま出題されることもあるため、時間のない入試においては式変形なども丸暗記しておく必要があります。

熱力学第1法則

熱量、仕事、気体の内部エネルギーをまとめあげる「熱力学第1法則」。

ある変化に対してどのように気体が振る舞うのかを理論立てて理解することができます。

正負を間違えると正しく回答できないため注意が必要です。

物理の公式まとめ:波動編

笹田
笹田

代表的な波動の公式を紹介します!

波の式

波を理解するのにうってつけの「波の式」。

たくさん変数が出てくるため、最初は戸惑うこともあるかもしれません。

x軸やt軸の概念や波の移動方向の話など、難解な部分が多数存在するため苦手な受験生が多いのがこの範囲です。

しっかりと理解することができればその後の波動の学習をスムーズにすすめることができるので時間をかけましょう。

ドップラー効果

波の発生源と観測者との相対的な速度の存在によって引き起こされる「ドップラー効果」。

有名な救急車のサイレン音のたとえがあるため現象自体はイメージしやすいのではないでしょうか。

物理学的に何が起きているのかを理解するためには少し癖のある概念を理解する必要があります。

ドップラー効果も、公式の導出が理解できれば応用の効きやすい分野となるのでしっかりと理解してから次に進むようにしましょう。

反射・屈折の法則

現実でも目にしやすい「屈折・反射の法則」。

実際にどのように角度を計算するのかを学習します。

中学校でも学習した範囲ですが、高校物理からより応用的な問題も出題されるため油断は禁物です。

レンズ

いろいろな像を光の道筋をもとに考える「レンズの公式」。

こちらも中学校で学習した範囲となりますが、より応用の効く話まで拡張されています。

焦点距離やレンズと対象の物体の距離をもとに像のできる位置を割り出せたりするため、より理解が深まることでしょう。

波の干渉

複数の波の組み合わせから引き起こされる「波の干渉」。

イメージのしにくさなども相まって、難関大学では頻出の範囲となっています。

問題の出題パターンも多岐にわたるため、習得には時間がかかるでしょう。

この範囲を得意にすることができればテストで安定した成績を残すことができるようになります。

物理の公式まとめ:電磁気編

笹田
笹田

代表的な電磁気の公式を紹介します!

クーロンの法則

荷電粒子の間に働く力を求めることができる「クーロンの法則」。

荷電粒子間に働く力の大きさは2つの電荷の積に比例し距離び2乗に反比例します。

電磁気学の基本中の基本の公式であるため、しっかりと定着させておきましょう。

電場

「場」の概念を学習する「電場」の範囲。

新たな概念が登場するため難しく感じる受験生が多くいます。

電磁気学を学習する上で避けては通れないため、必ず理解しておくようにしましょう。

電場の概念を定着させることができれば、その後の電磁気の学習をスムーズにすすめることができます。

電位

電荷の位置エネルギーとも読み取れる「電位」の概念。

力学で学習した位置エネルギーと関連付けて理解すると見通しが立ちやすいとおもいます。

「電位」も「電場」と同じく超重要な単元なので、しっかりと定着させておくようにしましょう。

コンデンサー

電磁気学で頻出である「コンデンサー」の範囲。

電場や電位の範囲が応用的に絡んでくるのと同時に、回路図をただしく読み取れないと安定して得点することができません。

様々な知識を問われることになるため、電磁気学の最初の壁と言えるでしょう。

定着させるコツは「いつも同じ方法で解く」ことです。

コンデンサーに限った話ではないですが、自分の中で「ひとつの解き方」を定めておくのは重要なことです。

電気量保存則

電荷が消えたり、いきなり出現することはないことを示す「電気量保存則」。

エネルギー保存則と同様、頻出の法則となります。

正しく使いこなせるようになれば安定して得点できるようになるでしょう。

オームの法則

中学校でも学習した「オームの法則」。

ここでは、高校物理の範囲を使用して「なぜ法則が成り立つのか」を証明しています。

証明がそのまま問われることもあるため、テストの点数を安定させるために導出過程まできっちりと再現できるようになることをおすすめします。

キルヒホッフの法則

回路図の問題で必ずと言っていいほど使用する「キルヒホッフの法則」。

第1法則と第2法則があり、それぞれしっかりと理解する必要があります。

特に、記述式の試験における答案に「キルヒホッフの法則より〜」と書けると一気に説得力が増します。

磁場

電場と同じく「場」の概念である「磁場」の範囲。

電場が理解できていれば磁場の理解も容易でしょう。

電場と磁場が絡んでくる問題は比較的難解なため、しっかりと理解して次に進むようにしましょう。

電磁力

電場と磁場が関わり合って発生する「電磁力」。

電場と磁場を区別して使用する必要があり、慣れるまでは一つ一つ確認しつつ適用するようにしましょう。

電磁誘導

磁束が変化する環境下に存在する導体に電位差が生じる現象である「電磁誘導」。

これまでの電磁気学の総まとめ的な立ち位置になるため、基礎に抜けがあると太刀打ちできない範囲となります。

逆にいうと、これまでの範囲の総復習にもなるため問題を何回も解いて落とし込むことができれば電磁気学を得意にすることができます。

交流

一定の周期で流れを変える電流である「交流」。

三角関数や微積分の概念がでてくるため、数学の知識も必要となります。

また、電磁誘導の範囲も理解していないと解けないため、交流が苦手な受験生はあとを絶ちません。

その分出題される問題で問われることが決まっているため、対策しやすい範囲でもあります。

荷電粒子の運動

三次元的に運動を把握する必要がある「荷電粒子の運動」の範囲。

電場や磁場の知識に加え、空間把握能力や物理現象を分解して考える能力が問われます。

交流とともに、受験生が苦手とする範囲の上位に君臨する範囲と言えるでしょう。

物理の公式まとめ:原子編

笹田
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代表的な原子の公式を紹介します!

光電効果

物質に光を照射したときに電子が放出される「光電効果」。

なかなか理解しにくいものですが、今までに学習した範囲を総動員させれば説明ができる公式です。

その分、今までの範囲を理解していないとマスターすることは容易ではありません。

コンプトン効果

X線を物質にあてると散乱波が発生し、その中に入射波より波長の長いものが含まれるという「コンプトン効果」。

内容自体は非常に難解ですが、公式自体は運動量などを用いて導出することができます。

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