高校受験 最強攻略ガイド【理科編】物理・化学・生物・地学 徹底攻略
高校受験「最強攻略ガイド」理科編です。物理・化学・生物・地学の4分野を、発生方法や性質をセットで整理すると効率よく覚えられます。
物理分野の徹底攻略
光の反射の法則では、入射角と反射角が等しくなります。光の屈折では、光が空気から水やガラスに進むとき屈折角は入射角より小さくなり、逆に水やガラスから空気へ進むときは屈折角の方が大きくなります。入射角が一定以上大きくなると光がすべて反射される全反射という現象も起こります。凸レンズでは、物体が焦点の外側にあるとき上下左右が逆向きになった実像ができ、物体が焦点の内側にあるとき正立して拡大された虚像ができます。音の速さは空気中でおよそ秒速340メートルであり、光の速さよりはるかに遅いため、雷が光ってから音が聞こえるまでに時間差が生じます。音の大きさは振動の幅である振幅で決まり、音の高さは1秒間に振動する回数である振動数で決まります。
力に関しては、フックの法則によりばねの伸びは加えた力の大きさに比例します。力のつり合いが成り立つ条件は、2つの力が一直線上にあり、大きさが等しく、向きが反対であることです。圧力は力の大きさを力がはたらく面積で割った値で表され、同じ力でも面積が小さいほど圧力は大きくなります。浮力はアルキメデスの原理により、物体が押しのけた液体の重さに等しい大きさになります。水圧は水の深さに比例して大きくなり、あらゆる方向から均等にかかります。摩擦や空気抵抗がない場合、位置エネルギーと運動エネルギーの和である力学的エネルギーは常に一定に保たれます。フレミングの左手の法則では、中指が電流の向き、人差し指が磁界の向き、親指が力の向きを表します。
電気に関しては、オームの法則により電圧は電流と抵抗の積で表されます。直列回路では、電流はどこでも同じ大きさになり、電圧は各抵抗にかかる電圧の合計になります。並列回路では、電圧はどこでも同じ大きさになり、電流は各抵抗を流れる電流の合計になり、合成抵抗は必ず各抵抗よりも小さくなります。電力は電圧と電流の積で表され、電力量は電力と時間の積で表されます。電流の正体は自由電子の移動ですが、電流の向きは電子が移動する向きとは逆向きに定義されている点に注意が必要です。
化学分野の徹底攻略
物質の状態変化には、固体から液体になる融解、液体から気体になる蒸発、気体から液体になる凝縮、液体から固体になる凝固、固体から気体に直接変わる昇華があります。融点や沸点はそれぞれの物質に固有の値であり、状態変化している間は加熱を続けても温度が一定に保たれます。密度は質量を体積で割った値で表され、一般に固体から液体に変化すると体積は増えますが、水は例外的に氷の方が密度が小さいため、氷は水に浮くという特徴があります。溶解度は温度によって変化し、多くの物質は高温になるほど溶けやすくなりますが、温度を下げて溶けきれなくなった分を結晶として取り出す操作を再結晶と呼びます。
気体の性質は発生方法とセットで覚えると効率的です。酸素は物を燃やすのを助ける助燃性を持ち水に溶けにくく、過酸化水素水に二酸化マンガンを加えることで発生させることができます。二酸化炭素は石灰水を白く濁らせる性質があり、水に少し溶けて酸性を示し、空気より重く、石灰石にうすい塩酸を加えることで発生させます。水素は最も軽い気体であり、燃えると水ができ、亜鉛や鉄などの金属にうすい塩酸を加えることで発生させます。アンモニアは水に非常に溶けやすく刺激臭を持ち、空気より軽いため上方置換法で捕集し、塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて加熱することで発生させます。窒素は空気の約78パーセントを占め、化学的に安定した気体です。気体の集め方は、水に溶けにくい気体は水上置換法、水に溶けやすく空気より軽い気体は上方置換法、水に溶けやすく空気より重い気体は下方置換法を用いるという判断基準があります。
化学反応式についても整理しておきましょう。水を電気分解すると水素と酸素に分かれます。炭酸水素ナトリウムを熱分解すると炭酸ナトリウムと水と二酸化炭素ができます。酸化銀を熱分解すると銀と酸素ができます。鉄と硫黄が反応する化合という変化では硫化鉄ができます。マグネシウムが燃焼する酸化という変化では酸化マグネシウムができます。銅が酸化すると酸化銅ができます。酸化銅を炭素で還元すると銅と二酸化炭素ができます。うすい塩酸と石灰石が反応すると塩化カルシウムと水と二酸化炭素ができます。塩酸と水酸化ナトリウム水溶液による中和反応では塩化ナトリウムと水ができます。化学変化の前後で、関係する物質全体の質量は変わらないという質量保存の法則も必ず覚えておきましょう。化学反応式を作る手順は、まず反応前後の物質を化学式で書き、次に矢印の左右で各原子の数が等しくなるように係数を調整し、係数はできる限り簡単な整数比にするという流れになります。
イオンについては、原子が原子核とその周りを回る電子で構成されていることをまず理解しておきましょう。陽イオンは電子を失うことで正の電気を帯び、陰イオンは電子を受け取ることで負の電気を帯びます。物質が水に溶けて陽イオンと陰イオンに分かれることを電離と呼びます。酸性の水溶液は水素イオンを生じ、pHは7未満になり、青色リトマス紙を赤色に変え、BTB溶液を黄色に変えます。アルカリ性の水溶液は水酸化物イオンを生じ、pHは7より大きくなり、赤色リトマス紙を青色に変え、BTB溶液を青色に変えます。中性はpHが7で、BTB溶液は緑色になります。中和反応では酸の水素イオンとアルカリの水酸化物イオンが結びついて水ができ、互いの性質を打ち消し合います。中和反応で酸の陰イオンとアルカリの陽イオンが結びついてできる物質を塩と呼びます。
生物分野の徹底攻略
植物の光合成は、二酸化炭素と水と光エネルギーからデンプンなどの有機物と酸素を作り出すはたらきで、葉緑体で行われ光が当たっているときのみ進みます。呼吸は酸素を取り入れ二酸化炭素を出すはたらきで、昼夜を問わず生きている間は常に行われています。昼間は光合成の方が呼吸よりも盛んに行われるため、見かけ上は酸素が放出されているように見えます。蒸散は気孔から水蒸気を放出するはたらきで、主に葉の裏側に気孔が多く分布しており、根からの水の吸収を促す役割もあります。道管は根から吸収した水や無機養分の通り道であり茎の内側寄りに位置し、師管は葉で作られた栄養分の通り道であり茎の外側寄りに位置します。単子葉類は維管束がばらばらに散らばっており、ひげ根を持ち、葉脈は平行脈になっています。双子葉類は維管束が輪のように並んでおり、主根と側根を持ち、葉脈は網の目のような網状脈になっています。
動物のからだのつくりについては、消化酵素の種類が頻出です。アミラーゼはデンプンを分解する酵素でだ液とすい液に含まれます。ペプシンはタンパク質を分解する酵素で胃液に含まれます。トリプシンもタンパク質を分解する酵素ですがすい液に含まれます。リパーゼは脂肪を分解する酵素ですい液に含まれます。消化された養分のうちブドウ糖とアミノ酸は小腸の柔毛から吸収されて毛細血管に入り、脂肪酸とモノグリセリドはリンパ管に入ります。血液循環には、心臓から肺を通って心臓に戻る肺循環と、心臓から全身を巡って心臓に戻る体循環があります。肺循環では二酸化炭素を排出し酸素を取り込み、体循環では酸素と養分を全身に届けます。動脈は心臓から血液を送り出す血管で壁が厚く弁がなく、静脈は心臓に血液を戻す血管で壁が薄く血液の逆流を防ぐための弁があります。血液の成分には、酸素を運ぶ赤血球、細菌などを分解する白血球、血液を固める血小板、養分や不要物を運ぶ液体成分である血しょうがあります。刺激に対する反応は、感覚器官から感覚神経を通って脳や脊髄といった中枢神経に伝わり、そこから運動神経を通って運動器官に伝わるという経路をたどります。反射は脳を経由せず脊髄が中枢となって起こる無意識の反応で、熱いものに触れて瞬時に手を引っ込めるような場合が該当し、意識して起こす反応よりも速く反応できるという特徴があります。
生殖と遺伝についても押さえておきましょう。無性生殖は親の体の一部から新しい個体ができる生殖方法で、分裂や出芽、栄養生殖などがあり、子は親と全く同じ遺伝子を持ちます。有性生殖は卵や精子などの生殖細胞の受精によって新しい個体ができる生殖方法で、両親から遺伝子を受け継ぐため多様性が生まれます。生殖細胞ができるときには染色体の数が半分になる減数分裂が起こります。メンデルが発見した分離の法則では、対になっている遺伝子は減数分裂の際に分かれて、それぞれ別の生殖細胞に入るとされています。顕性形質と潜性形質という優性・劣性の関係も重要な概念です。遺伝子の本体はDNAであり、細胞の中の染色体に存在しています。
生態系についても整理しておきましょう。食物連鎖は、光合成を行う生産者である植物から、それを食べる消費者である草食動物、さらにそれを食べる消費者である肉食動物へと続く食う食われるの関係です。複数の食物連鎖が網の目のように絡み合ったものを食物網と呼びます。ある生物の数が増減すると、それを食べる生物や食べられる生物の数も連鎖的に変動しますが、やがて元のつり合いに戻るという性質があります。菌類や細菌類などの分解者は、動植物の死がいやふんを無機物に分解する役割を担っています。炭素の循環では、光合成によって二酸化炭素が有機物に変えられ、呼吸や燃焼によって有機物が再び二酸化炭素に戻るという循環が繰り返されています。
地学分野の徹底攻略
天気に関しては、高気圧は周囲より気圧が高く、中心付近で下降気流が生じるため晴れやすくなります。低気圧は周囲より気圧が低く、中心付近で上昇気流が生じるためくもりや雨になりやすくなります。寒冷前線は寒気が暖気を押し上げながら進む前線で、通過後には気温が下がり短時間で強い雨が降ります。温暖前線は暖気が寒気の上にはい上がりながら進む前線で、広い範囲に穏やかな雨が長く降り続きます。湿度は空気中の水蒸気量を、その気温での飽和水蒸気量で割ってパーセントで表した値です。露点は空気が冷やされて水蒸気が凝結し始める温度のことです。日本の夏は太平洋上の高気圧が発達する南高北低の気圧配置になり蒸し暑くなり、冬はシベリア上の高気圧が発達する西高東低の気圧配置になり日本海側で雪が多くなります。
地層や地震に関しては、堆積岩は粒の大きさによって分類され、粒が大きい順にれき岩、砂岩、泥岩となります。火成岩は急に冷えてできる火山岩と、ゆっくり冷えてできる深成岩に分類され、火山岩は斑状組織、深成岩は等粒状組織という組織の違いがあります。示相化石は地層が堆積した当時の環境を示す化石で、例えばサンゴの化石は暖かく浅い海であったことを示します。示準化石は地層が堆積した年代を示す化石で、例えばアンモナイトの化石は中生代であったことを示します。地震の波には、速く伝わる初期微動を起こすP波と、遅く伝わるが揺れが大きい主要動を起こすS波があります。初期微動が始まってから主要動が始まるまでの初期微動継続時間は、震源から遠い地点ほど長くなり、震源からの距離にほぼ比例します。マグニチュードは地震そのものが持つエネルギーの規模を表す値で1つの地震につき1つの値が決まりますが、震度はある地点での揺れの大きさを表す値で、場所によって異なる値になります。
天体に関しては、太陽が東から西へ動くように見える日周運動は、地球が1日に1回転する自転によって起こる見かけの動きです。星の年周運動は、地球の公転によって同じ時刻に見える星の位置が1か月におよそ30度ずつ移動して見える現象です。月の満ち欠けは、月が地球の周りを公転することで太陽と地球と月の位置関係が変化し、太陽の光が当たって見える部分が変わることによって起こります。日食は太陽と月と地球がこの順に並んだとき、つまり新月のときに起こる可能性がある現象です。月食は太陽と地球と月がこの順に並んだとき、つまり満月のときに起こる可能性がある現象です。金星は夕方に西の空に見えるときはよいの明星と呼ばれ、明け方に東の空に見えるときは明けの明星と呼ばれますが、地球よりも内側の軌道を公転しているため真夜中に見ることはできません。季節が生じる理由は、地球の地軸が公転面に対しておよそ23.4度傾いたまま公転しているため、太陽の南中高度や日照時間が季節によって変化するからです。
まとめ
理科は物理・化学・生物・地学のそれぞれで「なぜそうなるのか」という因果関係を理解しながら覚えると、初見の実験・観察問題にも対応しやすくなります。気体の性質は発生方法とセットで、化学反応式は質量保存の法則とセットで整理してください。
コメント
コメントを投稿