科学と人間生活 物理分野 光や熱の科学

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科学と人間生活(物理分野)「光や熱の科学」の高卒認定/高認対策のポイントです。

科学と人間生活/物理分野【光と熱の科学】

物理分野(光や熱の科学)

物理と言えば、計算が多い、抽象的で難しい…などのイメージが持たれ、敬遠されがちな科目です。しかし、「科学と人間生活」では、身近な「光」や「熱」が学習内容になっています。「光」や「熱」は、私たちの生活にとって欠かせないもので、これらがないと生きていくことさえできません。私たちの生命を支え、生活を便利にしてくれる「光」と「熱」。興味を持って学んでみましょう。


物理分野1「光の性質とその利用」

携帯電話やテレビ放送の電波、日焼けの効果の紫外線、レントゲンのX線などを「電磁波」と呼びます。これらは目に見えませんが、私たちの生活と密接に関係しています。

科学と人間生活の物理分野「光の性質とその利用」では、電磁波の一種である「光」を中心に学びます。電磁波にはどのような種類があり、どんな性質があるのか、そして、その性質を活かして私たちはどのように利用しているのかが学習のポイントになります。

虹は「光の分散」という性質によって起こります。太陽光線はさまざまな色の光が集まってできています。太陽光が雨粒に入ったときには、光の進路が折れ曲がります。そのとき、太陽光に含まれる光の色によって、光の進路が折れ曲がる角度(屈折率)が違ってきます。そして雨粒の中で反射して光が出てくるときには、色によって光の進路がずれることになるため、色が分かれて出てくるのです(光の分散)。それが虹となって見えるのです。


【学習のポイント】

  • 光の波としての分類(種類)や性質
  • 光の進み方(レンズやプリズム、鏡など)
  • 電磁波の利用
基本キーワード光の種類(太陽光、白熱電球、蛍光灯、発光ダイオード、放電管)、スペクトル、波長による色の違い、分光器、光の反射・屈折・回折・分散、偏光(偏光板)、凸レンズ、凹レンズ、可視光線、赤外線、紫外線、電波、携帯電話、全地球測位システム(GPS)、X線、レントゲン
理解しておきたい内容
  • 電磁波は波長によって分類され、可視光線、赤外線、紫外線、電波などがあること
  • 可視光線はプリズムによって7色に分かれ(スペクトル)、波長により色が違うこと
  • 電磁波(光)には波としての性質を持ち、反射・屈折・回折・分散などの性質を持つこと
  • 赤外線や紫外線の性質や作用
  • 可視光線、赤外線、紫外線、電波などの共通した性質
  • 日常生活の中での電磁波の利用方法(携帯電話、全地球測位システム(GPS)、レントゲン写真など)
出題されそうな
実験・観察
  • 光がレンズに入射したときの光の進み方
  • 太陽光をプリズムを通してできるスペクトル(いろいろな色の光に分かれたもの)の観察
  • 鏡に映る人間や物体など
  • 偏光板を用いた反射実験、透過実験など
  • 偏光を用いた物体内部のひずみを見る実験
  • 赤外線リモコンからの赤外線を光電池で検知する実験
  • デジタルカメラ等を用いた赤外線の観察
  • ブラックライトを用いた蛍光の観察

物理分野2「熱の性質とその利用」のポイント

何かが動くためには、必ず「エネルギー」が必要です。そのエネルギーの一つが「熱」です。「熱」と言えば、「暖かい」「熱い」などの体感的なイメージを持つ人も多いと思います。しかし、熱はエネルギーなので、さまざまなものを動かすことができます。例えば、熱は電力になり、さまざまなものを動かします。今、世界中の課題となっている原子力発電はウランという物質から、熱を取り出し、その熱を利用して、電力を作り出しています。

※原子炉の中でウランが核分裂するときに発生する「熱」を利用して水蒸気をつくり、その水蒸気の力でタービンを回し、タービンとつながった発電機を動かして発電し、電力をつくりだしています。

原子力発電のしくみをを物理的に表現すると「核エネルギーを熱エネルギーに変換し、さらに熱エネルギーを電気エネルギーに変換している」ということになります。このようにエネルギーが変換できることは、この分野の重要ポイントの一つです。

火力発電所は、石油などを燃やして熱エネルギーに変換し湯を沸かし、そのときに出る水蒸気を利用してタービンを回して電力を作っています(蒸気機関)。しかし、火力発電の仕組み上、発電に使えない熱エネルギー(排熱)が生じてしまうという問題があります。最近では、この排熱を利用して、温水プールや熱帯植物園を併設しているところもあります。


【学習のポイント】

  • 熱の伝わり方
  • 熱量保存の法則
  • 仕事や電流による熱の発生
  • エネルギーの変換と保存
  • 熱機関と永久機関
  • 熱が仕事に変わる際の不可逆性
基本キーワード熱量、温度、熱容量、比熱容量、比熱、熱の伝わり方、伝導、対流、熱放射、熱平衡、熱運動、絶対温度、熱量保存の法則、熱機関、熱効率、永久機関、不可逆、熱量の換算、4.2J、cal、力学的エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー、化学エネルギー、光や電波のエネルギー、核エネルギー、高圧送電、エネルギーの相互変換、エネルギーの有効利用
理解しておきたい内容
  • 日常生活における熱の性質と利用
  • 熱の性質を表わす用語(熱と温度、物質の熱容量、比熱容量、比熱)
  • 仕事や電流による熱の発生
  • 熱が仕事に変わる際の不可逆性
  • 熱機関のしくみと永久機関
  • ヒートポンプを利用して熱を移動させる工夫
  • 高圧送電などのエネルギーを熱として逃がさない工夫
  • エネルギーの相互変換と保存
  • エネルギーを有効利用するための科学技術
  • 太陽光エネルギーの効率的な利用
  • ハイブリッド自動車などの複数のエネルギーを使った効率のよいエネルギー利用
出題されそうな
実験・観察
  • ジュールの実験
  • 水を利用した熱量保存の実験
  • 金属や液体の比熱容量の測定
  • 発熱反応や吸熱反応の実験
  • 熱電素子を使ったエネルギーの変換実験
  • スターリングエンジンモデルの観察

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