中学受験・理科 物理分野・てこのつり合いのまとめ その1

中学入試では、生物、地学、化学、物理の4分野からまんべんなく出題されることが多いです。1つでも苦手な分野があると、大問1つ分芋づる式に失点してしまいかねません。特にその傾向が強いのが、物理分野です。物理分野は計算問題が多いために問題を多く解き、パターンを頭に入れる勉強をしてきた受験生が多いと思いますが、全く同じ問題が出題されることはまずありません問題のパターンから法則性を見つけ出し、知っている問題と結び付けられれば良いですが、そのためには物理の原理そのものを理解しておかなければなりません。

物理の原理そのものを理解するといっても、難しいことが必要なわけではありません。先日の記事のように電気の問題や、今回のテーマである力のつりあいの基本的な考え方を理解する、ということがまず必要です。そのうえで、その考え方を実際の問題に結びつけて使いこなすことが重要です。

物理の問題は、計算問題にもいろんな種類があります。一つの知識についてだけのものもあれば、複数の知識が必要になるもの、さらには同じような原理を使う問題、それが組み合わさった問題などもあります。難問を解けるようにならなくても、知識ですぐ解ける問題や、単純なサービス問題もありますから、そういった問題を一つでも落とさないようにするために、今回はてこのつり合いをテーマにして、基本的な原理を理解するようにしましょう。複雑に組み合わさったように見える問題でも、実は使う原理はそれほど多くありません。最後まであきらめずに基本的な知識を理解するようにしましょう。

なぜ苦手になるのか

物理の単元の中で、てこのつり合い、力のつり合いについての問題は、複雑そうな計算と図が絡み合って、難問に見えてしまうことが多いです。たしかに、難問を作りやすいところなので、難関校では、どのように手を付けたらいいいかわからない問題が出題されることもあります。ですが、基本的知識で十分解ける問題も少なくないのです。それに気づかない受験生が非常に多く、てこのつり合いは難しい、という先入観を持ってしまいがちになってしまいます。

「見た目」の複雑さにおそれを感じてしまうと、問題の図がややこしいものに見えてしまい、それだけでげんなりしてしまう、ということが現実に起こります。さらに、同様に力のつり合いに関する、ばねや輪軸、滑車などの単元に関係する内容もあって、知識の整理がついていない受験生にとっては、手が出なくなってしまいます。

ダメな勉強法

複雑な単元ほど基礎的な知識、考え方を徹底して理解することが大切です。てこのつり合いの条件、力の向きなど、基礎的な原理の理解をおろそかにしてしまうと、入試問題レベルの問題を解くことは難しいです。これまで大量に同じような問題を解いてきたと思いますが、その正答率はどうだったでしょうか。また、答えが合わない、と数字にだけ目が行ってしまい、実際に必要な考え方、解法を確認してきたでしょうか。

また、てこのつり合いの問題では、必ず図が出題されます。その図を活用できずに、手を動かさず頭の中で処理しようとするくせがついてしまうと、使うべき数字を見落とすなどのミスを連発してしまいます。たとえば、図の中に、問題文に書かれている数字などを書き込んだり、力が働く向きを描きこんだりするなど、解くためのヒントを作る努力をしないと、問題は解けません。

どのように取り組むべきか

てこの問題は、原理自体はそれほど難しいものではありません。一言で言うなら、「かんたんな算数」です。複雑なのは問題であって、原理そのものではない、と意識を変えましょう。さきほども書きましたが、問題を解くときは、まず問題文をよく読むことと、そこに書かれている条件に線を引いたり簡単に書き出してみたりしましょう。そして、データとなる数字が出てきたら、図に逐一書き込んで、それを何度も「確認」しながらまた書き込んでいくことを繰り返すことをオススメします。

複雑に見える問題も、基礎的な内容から組み立てられています。何よりも大切なのは、基礎的な原理の確認を飽きるくらい繰り返すことです。

必要な基礎の確認とは?

てこのつくり

まず必要なのは、てこのつくりそのものの理解です。てこには、てこを支える「支点」と、力を加える「力点」、てこに加えた力がはたらく「作用点」があることをまず理解しましょう。

楽にものを動かせるようにするには、どうすればよいでしょうか。

  • 支点と力点の長さを長くする
  • 支点と作用点の長さを短くする

これがてこのつくりを理解するうえでとても大切なことです。図を見るとよく理解できるでしょう。

てこのつり合いの条件

てこを右に傾けるはたらき=てこを左に傾けるはたらき

となったときにてこはつり合います。てこを傾けるはたらきは、おもりの重さ×支点からの距離 で求めることができます。

例題1

例題を使って、基礎知識の使い方を実際にみてみましょう。

これは、鎌倉女学院中学の、2010年度の入試問題の一部です。このうち、問1を解いてみましょう。この問題は、支点、力点、作用点の組み合わせを聞いています。バールが図として出ていますが、バールはてこの典型です。支点、力点、作用点がてこでどのような働きをするのか、どのような位置にあるのか、という基礎知識があれば、すぐに解ける問題です。

例題2

この問題は、弘学館中学(佐賀県)の2012年度の入試問題です。

問1(答え)ア 力点 イ 作用点

てこに力を加えているところが力点、てこに加えた力がはたらいているところが作用点です。これも、力点、支点、作用点がどういうはたらきをするのかがわかっていれば、すぐに解ける問題です。

問2(答え)a てこ① b てこ②

それぞれの支点、力点、作用点を聞いています。これも基礎知識で解ける問題です。それぞれの点の働きを確認するのによい問題です。

問3(答え)3

左に傾けるはたらきは、 60×8=480

てこが水平になるのは、右に傾けるはたらきが左に傾けるはたらきと同じときですから、480のときです。右側につるすおもりBは160gですから、

480÷160=3 が答えになります。

まとめ

てこのつり合いの基本知識のうち、最も基本となる力点、支点、作用点がどういうもので、どういうはたらきをするかということを取り上げた基本問題を例題として挙げました。これらの例題は基本中の基本ですが、てこのつり合いの問題は、これらの考え方の組み合わせによって入試問題は作られています。

基本中の基本の考え方ですから、「簡単じゃないか」と思ったでしょう。ですが、いざ問題の見た目が変わると、思い出せなくなってしまうこともしばしばです。決してなめてかかってはいけない基礎知識です。

難問であっても、基本的な考え方の組み合わせでできています。それぞれを基本形に分解していけば、一見難しそうな問題であっても解くことができます。まずは、大問の前半にある基本問題を確実にとるように、基礎知識をもう一度さらっておきましょう。

次の記事では、さらに例題を取り上げて、受験生がつまずきやすいポイントを整理します。

<関連記事>

中学受験・理科 力学の基礎、てこの原理、理解できていますか?

中学受験・理科 物理の勉強法~苦手な人への処方箋

中学受験・理科 乾電池と豆電球のつなぎ方 その1

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です