中学受験理科の力学｜てこ・滑車・輪軸・浮力の立て直し方
灘・東大卒の中学受験専門プロ家庭教師が、力学の基本的な考え方について解説します。
大阪・兵庫を中心に対面指導を行い、遠方のご家庭にはオンライン指導にも対応しています。
中学受験理科で、「力学は苦手...」という受験生は少なくありません。
その理由は、知識を覚えるだけでは解けず、力の大きさと向きを整理し、つり合いの関係を式で考えることが必要になるからです。
植物や昆虫などの知識問題は取れるのに、てこ・滑車・輪軸・浮力になると急に点が取れなくなるお子さんは少なくありません。
実際には、力の矢印を書かない、つり合いの関係を使わない、図を見たまま感覚で解こうとすることが、失点の大きな原因になっていることが多い分野です。
このページでは、中学受験理科の力学について、
- 力学で差がつく理由
- 力学に共通する考え方
- 単元ごとに何を見ればよいか
- どの順番で立て直すとよいか
を整理しています。
1. 力学が苦手になる理由と、立て直しの最短ルート
力学が苦手になるいちばんの理由は、処理手順が固まっていない点にあります。
力学は、用語を覚えるだけでは解けません。図に力の矢印を書き、つり合いの関係を式で整理し、必要に応じて比や長さの関係を処理する必要があります。
ところが苦手なお子さんほど、
- 力の矢印を書かない
- 上向き・下向きの力を整理せずに計算を始める
- 感覚で解こうとする
という形で崩れやすくなります。
この状態で演習量だけを増やしても、同じミスを繰り返しやすくなります。
力学を立て直すうえで、まず全単元に共通して必要なのは次の2つです。
- 図に力の矢印を必ず書く
- つり合いの関係（上向きの力の合計＝下向きの力の合計）で整理する
この2つが、力学全体の土台になります。
そのうえで、ここから先は単元ごとに見るポイントが変わります。
たとえば、
- てこでは、支点の選び方とモーメントの処理手順を確立する
- 滑車では、滑車にかかる力の矢印の書き方をマスターする
- 浮力では、水中での重さの変化や水との関係を図で整理する
といった形で、各単元ごとの処理を追加していきます。
2. 力学の単元別対策
ここまでは力学全体に共通する土台です。ここから先は、単元ごとに何を見ればよいかを整理します。
てこ
てこでは、支点の選び方が重要です。
選び方のコツは、モーメントの式が立てやすくなる点を支点に選ぶことです。
力の矢印を書き込み、支点を決めれば、自然とモーメントの式は立てやすくなります。
感覚で解こうとせず、支点と力のかかり方を整理することが大切です。
滑車
滑車では、滑車やひもにかかる力の矢印を正確に書けるようになることが大切です。
特に、次の3点を意識すると整理しやすくなります。
- ひもの出入り口に注目する
- ひもに沿った向きで力の矢印を書く
- 同じ1本のひもなら、力の大きさは同じと考える
滑車が苦手なお子さんは、定滑車と動滑車の違いを覚える前に、ひもの向きと力のかかり方を見失っていることが少なくありません。
まずは、ひもに沿って力の矢印を書くことを徹底するのがおすすめです。
輪軸
輪軸は、てこと共通する考え方が多い単元です。
どこに力がかかっていて、輪と軸の半径の比がどう関係するかを整理できるかどうかがポイントになります。
輪軸でつまずく生徒は、図を見たまま感覚で考えてしまい、力の向きと半径の比を結びつけられていないことが多くあります。
てこと同じように、図で整理することが大切です。
浮力
浮力では、水中部分にだけ浮力がはたらくことを正しく使えるかどうかが重要です。
ところが実際には、この基本があいまいなまま、「沈んでいるとき」「浮いているとき」 など、パターンごとの解き方を覚えようとしてしまう受験生が少なくありません。
そのやり方だと、少し条件が変わっただけで手が止まりやすくなります。
大切なのは、状態ごとの解法を暗記することではなく、力の矢印を書き、どの力がどの向きにはたらいているかを整理することです。
3. どの順番で勉強するとよいか
力学が苦手な場合は、次の順で整理すると進めやすいです。
- てこ
- 滑車
- 輪軸
- 浮力
てこと滑車で、力の向きとつり合いの考え方を固めておくと、その後の単元の理解がスムーズになります。
逆に、この土台がないまま浮力や総合問題に進むと、つまずく可能性が高くなります。
4. 力学の分野別解説ページ
力学の各単元については、個別の解説ページも用意しています。
必要なところからご覧ください。
今後も、必要な単元から順に追加していきます。
5. 力学全体でつまずいているお子さんへ
中学受験理科の力学は、てこ・滑車・輪軸・浮力など、単元ごとに見た目は異なります。
しかし、苦手になっている場合には、共通した原因があることが少なくありません。
- 力の矢印を書かずに考えてしまう
- 上向きの力と下向きの力を整理できない
- つり合いの式をどこで立てればよいか分からない
- てこは分かるが、滑車や輪軸になると混乱する
- 浮力になると、どの力を見ればよいか分からなくなる
- 塾の解説を聞いた直後は分かるが、似た問題になると解けない
このような場合は、単元ごとに問題数を増やすだけでは、同じつまずきを繰り返してしまうことがあります。
大切なのは、まず力学全体に共通する土台を確認することです。
力の矢印を書くこと、つり合いの関係を式で整理すること、そのうえで単元ごとの見方を加えていくことが必要になります。
体験授業では、実際に問題に取り組む様子を見ながら、どの段階で手が止まっているのかを確認します。
そのうえで、てこから立て直すべきか、滑車や輪軸の考え方を整理すべきか、浮力まで含めて力学全体を見直すべきかをご提案します。
対面指導に加えて、オンライン指導にも対応しています。
遠方の方でも、問題や答案を共有していただければ、力の向き、図の書き方、条件整理、つり合いの式の立て方を確認しながら進めることができます。
また、体験授業を受けるかどうか決まっていない段階でも、ご相談いただけます。
「今の成績で家庭教師に相談してよいのか」
「塾の宿題や家庭学習をどう整理すればよいのか」
「志望校に向けて、何から立て直すべきか」
「まずは相談だけしてみたい」
という場合も、お気軽にお問い合わせください。