2021年度共通テスト[物理基礎]の学習ポイントを探る【問題分析編】

2021年度共通テスト[物理基礎]第1問から見る学習ポイント

第1問は小問集合です。

問1:「どの物体が受けるどのような力なのか」を見抜く

「どの物体が受けるどのような力なのか」を見抜けることが物理現象を解析する上で重要です。

まず1つの物体に着目し,「〇〇が〇〇から受ける力」ということを明確にしながら,自ら図を描いて力の矢印を図示することをクセづけしながら力学の学習に取り組みましょう。

 

問3:日常的な事柄との関連づけ,物理の日常生活における利用

電磁波の知識に関する問題です。
物理の概念・用語についての知識・定義は,教科書に書かれている内容を覚えておきましょう。

特にこの問題のように,ラジオ・レントゲン写真・放射線治療など「日常的な事柄との関連づけ,物理の日常生活における利用」については意識をして教科書や問題集に取り組みましょう。

 

問4:基本的な概念の正確な理解

会話文の形式になることで文章が長くなることがありますので,物理に関する長めの文章を丁寧に読んでいくことに慣れておくことが重要です。

また,この問題のように「誤りを含むもの」を選ぶ問題などでは,物理の基本的な概念(エネルギー,温度,熱など)の正確な理解が求められます。

教科書レベルで良いので,ただ問題を解いて終わりではなく,気になるところは該当する物理の用語を教科書で確認するクセをつけていきましょう。

 

2021年度共通テスト[物理基礎]第2問Aから見る学習ポイント

オシロスコープを実験で使用したことはありますか。
見たことがない人や使ったことがない人は,学校に1台はあるはずですので,物理の教員に尋ねて使わせてもらうと良いです。

2022年度からの新学習指導要領を踏まえた検定教科書では,「物理の実験を実際に行いデータを取ること」がより重視されるようになりました。

ですので,これらを踏まえて作成される大学入学共通テストが物理の実験を題材とすることをより重視するようになるのは言うまでもありません。

「実験を通して得られたデータから何が読み取れるのか」を意識して学習していきましょう。
教科書に載っている基本的な実験は,実際に経験しておくと良いです。

 

図2:身近な課題に関する「実際に測定したときのデータ」

この問題の実験のデータ(グラフ)は正弦波(sin)などのように綺麗な波形ではありませんね。

実際に音を観測してみると,このような倍音が重ね合わさった波形となることがほとんどです。

理想的なデータだけではなく「身近な課題に関する実際に測定したときのデータ」を意識して出題されることが予想できます。

 

問1:グラフの縦軸と横軸が何かを明確に

オシロスコープに表示されたグラフから何が読み取れるでしょうか。
横軸は時間($y-t$グラフ)になるので,グラフから直接「周期」を読み取ることができます。

このように,グラフの縦軸と横軸が何かを明確にして,直接読み取れる物理量と計算しなければ分からない物理量を分けて整理していくようにしましょう。

 

問2:グラフの重ね合わせの作図

グラフの重ね合わせの作図を,ポイントを押さえながら手を動かしてやったことのある人なら間違えないのではないでしょうか。

波の単元は波の重ね合わせ,反射,定常波の作図を意識して学習すると良いです。

 

2021年度共通テスト[物理基礎]第2問Bから見る学習ポイント

「物理基礎」の電磁気の分野で出てくる式などの「なんで?」を説明しようとすると,理系が選択する「物理」の知識が必要になることが多いです。

例えば,問3におけるコイルの巻き数と電圧の関係などです。

ですので,物理基礎の電磁気は少々割り切りも必要になってしまいます。
それを踏まえた上で教科書の内容レベルまでは押さえておくようにしましょう。

 

問5:日常的な事柄に関する情報から必要な情報を読み取る

電化製品の実際の商品ラベルを示して,日常的な事柄と関連づける問題設定となっています。

このような問題の時は,「提示されたラベルなどの情報の中から,問題を解く「(解決する)のに必要な情報だけを読み取る」という力が必要となります。

 

2021年度共通テスト[物理基礎]第3問から見る学習ポイント

問2のように,数値解を穴埋めで答える問題が出題されるようになりました。
小数で適切に答えが表現できるようにしておきましょう。

 

図4:ばらついたデータの読み取り

今回は問題を解くことと直接関係はありませんが,このデータのように実際に測定してみるとデータがばらつくことは普通です。

問題集などで理想的な直線のグラフを読み取る問題ばかりに慣れている人は,ばらついたデータの読み取りも意識して学習すると良いです。

 

問3:数式を立式して答えに根拠を持つ

運動方程式を考えれば感覚的に②が正解であると分かるとは思いますが,ときには感覚だけでなく数式を立式して答えに根拠を持つことも重要です。

共通テストは選択肢があるために,感覚で選んでしまって間違えるということも起こり得ます。

この問題においては,台車+スマートフォンの質量を$M$,おもりの質量を$m$,ひもから受ける張力を$T$,重力加速度を$g$とすると,

台車の運動方程式は$$Ma=T$$
おもりの運動方程式は$$ma=mg-T$$
となって,2式より加速度aは,$$a=\frac{m}{M+m} g$$となり,スマートフォンの分だけ$M$が大きくなって加速度が小さくなるから②が正解である。

ということが数式の根拠をもってわかります。

 

問5:どの着目物体のエネルギーなのか

「力学的エネルギーは保存していて一定」と思考せずに反射的に考えてしまう人は間違えてしまう問題だったのではないでしょうか。

この問題における着目物体は「おもり」であって,「おもりの力学的エネルギー」を考えています。
おもりはひもから張力により負の仕事をされるわけですから力学的エネルギーは減少します。

力学的エネルギー保存則が成り立つ背景にある「仕事とエネルギーの関係」について教科書で確認をしておきましょう。

ここでは長くなってしまうので割愛しますが,「台車+スマートフォンとおもり全体(物体系などど言います)」の力学的エネルギーは保存しますので,「どの着目物体のエネルギーなのか」を明確にすることが重要です。

よくわからない人は,物理の教員などに質問して下さい。
専門用語を用いると「どの系(system)で考えるか」という議論です。

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