計算と知識の両輪。センター物理の問題分析と勉強法

計算と知識の両輪。センター物理の問題分析と勉強法

センター試験の物理。

国公立二次や私大の物理と比べると、問題形式や出題される問題が大きく異なる。

そのため、センターの物理は個別に対策する必要がある。

センター物理を突破するには何を勉強する必要があるのか。

どういう問題が出題されるのか。

今回は、それらを実際の過去問を眺めつつ明らかにしていく。

これを読めば、センター物理の勉強法の見通しが立つに違いない。

センター物理について知ろう

闇雲に勉強をしても仕方ない。

まずは、センター試験の試験範囲や試験時間など、試験についての最低限の知識を身につけておこう。

その方が、勉強法も立てやすくなるというものだ。

センター理科の科目構成

高校の理科は、2015年から科目ごとの構成が変更になった。

たとえば物理であれば、以前は「物理I」・「物理II」という科目があり、センター試験ではこのうち物理Iというのが試験範囲になっていたのだ。

だが、2015年からは「物理基礎」・「物理」という編成に変わり、センター試験では「物理」が試験範囲になった。

これは化学・生物・地学でも同様である。

つまり、現行体制での試験というのは数年しか行われておらず。かなり新しい科目なのだ。

後に述べるが、これにより過去問も豊富ではないため、勉強法には注意が必要だ。

それに、新体制になってからは高校物理の全てがセンター試験の範囲となっている。

以前は物理I、つまり半分程度だけが出題範囲だったのだが、現在は国公立・私大で出題される物理と同じ量を勉強しなければならないことに注意しておこう。

受験生が意識すべきポイントをとりあえずまとめておく。

  • 無印の「物理」は最近設けられた科目であり、過去問も少ない。
  • 高校物理の全てが試験範囲である。

前提知識として、これらは知っておきたいところだ。

なお、本記事は「物理基礎」ではなく「物理」を対象としている。

物理基礎の細かい範囲や勉強法は、次の記事で詳しく説明しているので、こちらを参照してほしい。

有益な情報を得ることができる。

物理基礎の具体的な範囲の説明と超効率的な2つの勉強法

出題範囲

センター物理の出題範囲は高校物理全体である、と述べた。

それで説明は済んでいるとも言えるが、学習内容を明確にすべく、具体的に何が試験範囲になっているかを詳しく見ておこう。

物理基礎と物理、どちらも範囲内だが別々に述べることとする。

物理基礎

まずは物理基礎から。

これは「物理I」という旧科目がもとになっており、範囲も大部分が一致している。

出題内容は次の通りだ。

1. 物体の運動とエネルギー

ア 運動の表し方
イ 様々な力とその働き
ウ 力学的エネルギー
エ 探究活動(発展的内容・実験など)

2. 様々な物理現象とエネルギーの利用

ア 熱 (熱と温度、熱の利用)
イ 波 (波の性質と振動)
ウ 電気 (電気抵抗、電気の利用)
エ エネルギーとその利用
オ 物理学が拓く世界
カ 探究活動(発展的内容・実験など)

赤本ウェブサイトより

物理基礎でメインになるのは、やはり1章の力学入門である。

そもそも運動をどのように表現すれば良いのかを考え、位置、速度、加速度といった概念を扱う。

また、力学的エネルギー保存則のような保存則を学び、それを元にして物理を解明する手段を習得する。

こうした内容は「物理」でも絶対に必要になるうえ、大学以降の物理でも言うまでもなく欠かせない内容だ。

疑問を残すことなく、完全に理解すべきである。

後半は、様々な物理現象について少しずつ学ぶ、オムニバスに近い形式だ。

たとえば熱のところであれば、温度や熱容量といった概念に触れる。

電気のところであれば、オームの法則のような平易な法則を学習する。

各々の難しめの内容は「物理」で登場することとなる。

物理

理系受験生が本腰を入れて勉強しなければならないのは「物理」の方だ。

当然内容は難しくなるため、こちらの方が苦労が多い。

学習内容を見てみよう。

1. 様々な運動

ア 平面内の運動と剛体のつり合い (曲線運動、斜方投射、剛体のつり合いなど)
イ 運動量 (運動量と力積、保存則など)
ウ 円運動と単振動
エ 万有引力 (Keplerの法則、万有引力)
オ 気体分子の運動 (気体分子運動論、圧力、内部エネルギーなどの熱力学)
カ 探求活動

2.

ア 波の伝わり方 (表し方、干渉・屈折など)
イ 音 (干渉・回折、Doppler効果)
ウ 光 (伝わり方、屈折・干渉)

3. 電気と磁気

ア 電気と電流 (電荷・電界、電位、コンデンサなど)
イ 電流と磁界 (電流による磁界、ローレンツ力、電磁誘導など)
ウ 探求活動

4. 原子

ア 電子と光 (電子、粒子性と波動性)
イ 原子と原子核 (原子とスペクトル、原子核など)
ウ 物理学が拓く未来
エ 探求活動

赤本ウェブサイトより

力学では、物理基礎の内容からさらに広がって、円運動や単振動などを扱うようになる。

直線運動と比較すると、運動そのものの様子もその数学的表現も難しいものとなり、物理の大きな壁の一つとなる。

」では、音波や光波について、数式を使いつつ学んでいく。

波の干渉やDoppler効果、それに光の屈折といった、大学受験で頻出の内容が含まれている。

電気と磁気」は高校物理の中でも難しい内容の一つだ。

第一に、学習事項が多い。

コンデンサー、コイル、電磁誘導、…と挙げていったらキリがない。

それに、RLC回路での交流のように内容的な難しさも伴っている。

挫折する受験生が多い分野だ。

原子」分野は、新課程で必修となったものである。

原子というのはどういう構造をしているのか。

粒子性とは何か、波動性とは何か。

それらはどういう実験から明らかになったのか。

この分野では、原子の構造やスペクトルといった、ミクロの世界を解き明かしていく。

出題形式と分野別配点

では、センター試験ではどのような形式で上の内容が出題されるのか。

知っている人も多いだろうが、ここで一旦まとめておこう。

まず、センター試験はマーク式である。

数学では答えの値をそのまま記入するが、物理では択一式となっており、選択肢の中から正答を選ぶ形式だ。

試験時間は60分で、マーク数は25前後、100点満点である。

ここで、分野別の配点を見てみよう。

どの科目でも同じことが言えるが、センター試験の物理はあらゆる範囲からバランスよく出題されている。

点数の面でもそれは確かめられる。

ここ数年のセンター試験の出題分析は次の通りである。

必答問題と選択問題の出題分野が一部変更になったが、全体として見ると分野の偏りなく多くのテーマから広く出題されている。

東進 センター試験解答速報2017より

このように、力学・熱力学・波・電磁気・原子と全ての範囲に渡って出題されていることがわかる。

したがって、1つの分野だけ固めても点数はなかなか伸びない。

どの範囲もしっかり勉強して初めて高得点を狙えるのだ。

問題形式と勉強法:計算問題

センター物理そのものに対する理解は深まっただろうか。

次に、具体的にどういう問題が出題されるのかを見る。

問題の形式とそれに合った勉強法を探っていこう。

基礎的な計算問題

どういう問題が出るのかを知るには、過去問にあたるのが一番だ。

2017年の試験問題に次のようなものがある。

問1

x軸上を正の向きに速さ3.0 m/sで進み質量4.0 kgの小球Aと、負の向きに速さ1.0 m/sで進む質量2.0 kgの小球Bが衝突した。

その後、小球Aは速さ1.0 m/sでx軸上を正の向きに進んだ。

小球Bの衝突後の速さとして最も適当な数値を、次の1~8のうちから1つ選べ。(選択肢略)

センター試験2017年物理より

この問題を見て、あなたはどう思うだろうか。

あれ、こんなの簡単じゃん。」と感じる人が多いに違い無い。

実際その通りで、この問題は教科書の練習問題レベルの内容である。

運動量の保存則を知っていれば、簡単な計算ですぐに答えを出せるのだ。

高3どころか高2、高1ですら解ける。

高校物理の全てが範囲だと思うと怯んでしまうが、センター試験にはこのような教科書レベルの問題も出題される。

難しい考え方は必要とせず、公式を1,2度使えば答えにたどり着けるものばかりだ。

これなら誰でも解けるし、最低限の点数は保証されるのだ。

逆に言えばこうした問題は逃すことなく正解しなければならない。

難関大の受験生であればなおさらだ。

このレベルの問題は、教科書に載っている問題を一通り練習しておけば問題なく正解できよう。

問題解決のための思考力というよりは、公式にしたがって計算をし、ミスなく答えを出す力が問われている。

問題の解き方が雑だと、本番で計算ミスをする危険性が高まる。

日頃の勉強では、絶対に正解するくらいの気持ちで丁寧に問題を解くよう心がけよう。

発展的な計算問題

上のような平易な計算問題はさほど多くなく、標準的な問題はそれより高難度である。

次のような問題が好例だ。

図6のように、質量mの物体の代わりに床に固定したばね定数kの軽いばねを取り付けた。

鉛直上向きに大きさaの加速度で等加速度運動しているエレベーターの中で、質量Mの物体がエレベーターに対して静止していた。

このとき、ばねの自然長からの伸びxを表す式として正しいものを、下の1~6のうちから一つ選べ。(選択肢略)

センター試験2017年物理より

この問題は、先ほどと比べると少々複雑な設定となっている。

少なくとも、公式を1回使ってハイ終わり、という類のものではない。

それに、非慣性系での運動という意味で混乱しやすい設定だ。

センター試験で差がつく問題は、このようなものである。

難関大学の受験生であればこれでも十分簡単な方だろうが、センター試験に限っていえばこれが標準的なものだ。

中堅校狙いの人はできたら正解したいところだし、早慶以上を狙うのであればもはや正解する義務があるといっても過言ではない。

こうした問題を確実に解けるようにするには、教科書の傍用問題集や大学受験用問題集で訓練するのが一番だ。

大学受験問題の中でも、センター試験は平易な方である。

したがって、応用問題・発展問題に無理して挑戦する必要はない。

あくまで標準レベルの問題を演習し、それを着実に解けることを目指すのが効率的な方法だ。

問題形式と勉強法:知識問題

たいていの大学受験では、知識問題よりも実際に手を動かして解く問題がメインである。

ところがセンター試験では、知識を問う問題も少なからず存在するのだ。

知識問題の例

センター試験における知識問題は、次のようなものだ。

第6問

問1

放射線に関する記述として最も適当なものを、次の1~5のうちから一つ選べ。

  1. α線、β線、γ線のうち、α線のみが物質中の原子から電子をはじき飛ばして原子をイオンにするはたらき(電離作用)をもつ。
  2. α線、β線、γ線を一様な磁場(磁界)に対して垂直に入射すると、β線のみが直進する。
  3. β崩壊の前後で、原子核の原子番号は変化しない。
  4. 自然界に存在する原子核はすべて安定であり、放射線を放出しない。
  5. シーベルト(記号 Sv)は、人体への放射線の影響を評価するための単位である。

センター試験2017年物理より

この問題は、α線、β線、γ線という各種放射線やその周辺知識を問うている。

他には、たとえば波動の屈折、回折、干渉といった用語の組み合わせを聞かれることもある。

公式を暗記していて計算力があっても、知識が頭に入っていないことには正解を選ぶことができないのがわかる。

知識問題」とはこうした問いを指す。

ガリガリ計算練習をするのとはまた別の勉強が必要だ。

難関大学を受験する生徒が一番留意すべきなのは、ある意味この知識問題である。

というのも、ある程度の学力があれば計算問題はみんな解けるので、差がつかない。

よって、意外にもこの知識問題の出来不出来が差を生んでしまうのである。

知識問題の勉強法

知識問題を解けるようにするにはどうすれば良いか。

最も効率的なのは、「教科書を読む」ことである。

センター試験は学習指導要領に沿ったものであり、出題範囲も絶対に教科書に準拠している。

したがって、教科書の内容を完全に把握できていれば理論上は満点を取れることになる。

国公立や私大の入試問題では、教科書の範囲を超えた発展的な内容が登場することがあるが、センター試験にはそれが全くないのだ。

これはセンター試験の大きな特徴である。

ゆえに、知識問題の対策には教科書の熟読が一番なのだ。

理科の4科目の中で、物理は教科書を読む機会がとりわけ少ない科目である。

しかし、細かい知識については教科書で図表も活用しつつ覚えた方が良いに決まっている。

物理は暗記科目ではない、と理解している受験生が多い。

その認識は正しく、多くの問題を解く際に必要なのはたった数本の公式のみだ。

だがセンター試験に限っては、知識を頭に入れることも必要なのである。

2015年に新課程に移行してから、「原子」範囲が必修となった。

知識問題は、この原子範囲から出題されることも多いので要注意だ。

試験直前になって知識の詰め込みをするのは、焦りもあってうまくいかない。

前々から余裕を持って、用語や基礎知識を着実に覚えていこう。

どういう知識が問われるのか知りたければ、センター試験の過去問を調べれば良い。

波動・原子の分野からの出題が多いことを付記しておく。

日頃の学習に際して

センター物理ではどういう問題が出題されるのか、そしてそれを解くためにはどのような勉強をすればよいのか、を詳しく見てきた。

最後に、日頃の学習で心がけるべきことや、便利な参考書を述べておく。

公式は「正しく」暗記する

センター試験では極端に複雑で難解な問題は出題されない。

たいていの問題は、公式を数度用いるだけで解けてしまうようなものばかりだ。

そこで、たいていの受験生は「公式暗記」に走る。

なぜその公式が成り立つのか、その公式がどういう意味なのかを理解しないで、F=maのような文字列を真っ先に頭に叩き込もうとするのだ。

しまいには「公式集」のような参考書を探し、それの暗記に注力する。

本当に単純な問題であればそれでも解ける。

しかし、そのような学習法は必ず壁にぶち当たるのだ。

物理に限ったことではないが、公式を暗記する際は「正しく」覚えるのが重要だ。

「正しく」というのは、正確に暗記するという意味ではない。

公式の意味や登場する物理量、公式が成立する理由を理解した上で覚えよう、ということである。

そうでないと、問題を解くときに適切な公式を適切な場面で使えなくなってしまう。

たとえば力学的エネルギー保存則をいつでも使えると勘違いしていると、摩擦力(非保存力)があるような場合にもお構いなくエネルギー保存則の公式を使ってしまい、誤った答えを出すに至るのだ。

公式の意味や使い方を理解した上で暗記する。

これについては次の記事で詳説しているので、ぜひ読んでほしい。

物理が苦手な受験生に贈る、正しく着実な公式の勉強法

難しい参考書は不要

次に参考書選び。

大学受験では、参考書選びに悩む受験生が多い。

もちろん、自分に合った参考書を使うというのは大切なことだし、それにより勉強の効率が変化することも多々ある。

だが、センター試験に関してはこれに強くこだわる必要はないのだ。

というのも、上で紹介した実際の問題を見てもわかるように、センター物理で出題されるのは教科書や問題集の基礎的な問題ばかりで、難問・奇問は排されているのである。

したがって、教科書の傍用問題集のようなものでも十分対策できる。

参考書選びの基準としては、

  • どの分野も満遍なく取り扱っている
  • 過度に難しくなく、シンプルな問題が中心である
  • 知識問題も収録されている

といった基準で選ぶと良い。

ここでは、上の条件を満たしたバランスの良い参考書を紹介しておく。

それは、「大学入試 漆原晃の 物理基礎・物理[力学・熱力学編]が面白いほどわかる本」シリーズである。

この参考書は、教科書レベルの初歩からセンター試験レベルの内容を丁寧に説明してくれている。

詳しく丁寧な解説が長所で、表紙の文句にある通り教科書と並行して使えるのがメリットだ。

いきなり難しい問題を解こうとすると、意味がわからずに挫折することが多い。

そのため、このような参考書で基礎や公式の意味・使い方をしっかり理解してから問題演習に臨むのが賢い方法だ。

続いて演習書だが、これは「物理のエッセンス 力学・波動 (河合塾シリーズ)」を推奨する。

センター試験でいうと難しめ程度の問題が収録されている。

難し目と言っても、意味もなく複雑な問題ではなく、シンプルな問題が多いのが特徴だ。

何も理解しないままいきなりこれに着手すると大変な目に遭ってしまう。

しかし、上のような参考書で基礎固めをした上で取り組めば、ある程度は正解できる。

1周目で完璧に解けることはないが、何度も繰り返し解いていくうちに問題を解く思考力が備わってくる。

過去問の位置付け

センター対策では、ほとんど誰もが過去問を解くことになる。

過去問を解くことも一つの対策だからだ。

国語のような科目であれば、過去問演習を繰り返すことで問題の解き方が次第に見えてくる。

したがって国語においては過去問が良い学習教材になってくれる。

しかし、センター物理については過去問を解きまくったからといって得点力が向上するとは限らない。

というのも、問題の解き方は過去問でなくとも学習可能だからだ。

上で紹介した2017年の問題をもう一度見てほしい。

どの問題も、あなたが持っている教科書や傍用問題集に載っているようなものに違いない。

ということは、無理して過去問に着手せずとも、手元にある教材で十分学習可能なのである。

とはいえ、過去問を解くメリットも存在する。それは、

  • 出題形式や問題数を把握する
  • 自分の苦手分野を洗い出す

などである。

出題形式を知るうえで、やはり過去問は最適な材料である。

したがって、その目的で過去問を数年分解いてみることは悪くない。

また最初に述べたように、センター試験はあらゆる範囲より満遍なく出題される。

したがって、センター物理の問題を解くことで自分の苦手分野を把握することはできる。

「物理」という新課程の試験が始まったのは最近のことなので、過去問の数も少ない。

過去問を活用するのは、上の2点の目的に限るようにしよう。

繰り返しになるが、内容そのものの学習は、教科書や傍用問題集、それに上で紹介した教材で十分である。

まとめ

センター試験の出題形式や問題例、それに合った勉強法を述べてきた。

国公立二次の問題などと比べたら、センター物理の問題は平易なものであり、教科書や問題集を着実にこなせば解けるものばかりである。

難関校受験者は、ぜひ高得点、できれば満点を目指したいところだ。

だが、公式暗記に走るなど焦りは禁物。

公式の意味や使い方をしっかり理解し、それを使って問題を解く。

この一連の作業を忘れないようにすべきだ。

計算問題知識問題

いずれも疎かにすることなく、この両輪でセンター物理を突破しよう。

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