2017年度入試
出題分析と入試対策
  東京工業大学 物理

過去の出題内容

2017年度

番号 項目 内容
1 力学 浮力、単振動
2 電磁気学 電流回路と磁場中の導体棒の運動
3 熱力学 分子運動論、断熱変化

2016年度

番号 項目 内容
1 力学 拘束運動、円運動、剛体のつりあい
2 電磁気学 回転する導体棒、交流
3 熱力学 理想気体の状態変化、液面差と圧力

2015年度

番号 項目 内容
1 力学 円運動、微小振動、力のモーメント、衝突
2 電磁気学 コンデンサー、極板間引力、ローレンツ力
3 波動 平面波とその重ね合わせ、平面波と球面波の重ね合わせ

出題分析

分量

大問は3題、1題あたりの小問数はだいたい6である。ただし大問数4の年も稀にある(2001年と2008年)。その場合は配点150点が各大問に50点、50点、25点、25点のように分配されている。なお2012年度は大問数は3だが、第3問が2つのパートに分かれ、2つの分野が出題されたため、実質的には4題だった。

パターン

記述・論述型で、解答用紙は1題につきB4版1ページ分、答を書き込む欄と導出過程の記述欄に区切られている。答のみの記述でよい場合もあるが、導出過程欄の有無は解答用紙を見るまでわからないことが多い。過去には出題された穴埋め完成式の小問で、すべての空欄に対し導出過程が求められたこともある。導出過程の記述の他にグラフ描図、現象の理由説明(字数制限が付くことあり)、式の証明なども出題されている。
導出過程記述欄の広さについては、狭いと感じることが多いが、逆の場合もあるので、無理にビッタリ収まる記述にこだわらなくてよい。狭過ぎると感じたなら、字を小さめに書いて押し込めばよいし、広過ぎると感じても、余ったスペースを無理に埋める必要はないだろう。なお答の記述欄は記述すべき式に比べて驚くほど狭いと感じることも多い。
2013年度から2015年度においては導出過程の記述が不要の問が多く含まれていたが、2016年度はほぼすべての問で導出過程の記述が必要の従来型に戻った。2017年度は3⒜が導出過程の記述が不要の空所補充形式(空所数7)で、語句選択肢のつきの空所が二つあった。ただし、全体としては従来型といってよい。

内容

出題範囲は2015年度から変更され、「物理基礎」「物理」を合わせて『物理』として出題されることになった。具体的には従来通りの古典物理4分野(力学、電磁気学、熱力学、波動)に加え、現代物理が復活し、2005年度以前に戻った。2005年度以前の出題を見ると、大問が3題出題され、力学と電磁気が1題ずつ、残りの1題が熱、波、現代物理のいずれかとなっている。ここで、熱、波、現代物理は偏りなく選ばれ、どの分野もほぼ3年周期で出題されている。また、現代物理は大きく分けて原子分野と原子核分野があり、2分野が交互に出題されている。
過去には1つの大問で複数分野が融合する例は多い。また、電磁気の出題がない年度(2006年度と2007年度)や大問数が4の年度(2001年度と2008年度)もある。
2015年度は経過措置(旧課程で履修した者に不利にならない出題をすること)により、結果として現代物理は出題されなかった。しかし、今後はこの措置が取られないので、過去の出題実績からも、現代物理の対策は必須である。
設問内容については、計算量、難易度、試験時間に対する分量など、どれをとっても高校物理を逸脱するような出題は見当たらないが、ありきたりの題材ではなく、目新しい設定を通して学力を判定する問題が多い。ただし出題されるのは特殊な知識や非論理的なひらめきを必要とする奇問ではなく、物理の作法―第1原理から説き起こせる力―があれば解き進められる素直な問題で、本当に物理がわかっているかを判定できる良問であり、暗記公式の運用は通用しにくい。2016年度は、目新しい問題において、状況を把握させたり方針を選ばせるためのヒントとなる一言がなく、問題解決のための第1歩を自立して踏み出せるかが問われたが、2017年度は大問3題とも典型問題で、例年になく取り組みやすかった。以下、分野別の内容である。

《力学》
大別して1体問題と2体問題があり出題に偏りはない。2体問題は、運動量やエネルギーに注目した保存則による追跡の他、ばね連結2物体系においては重心運動と内部運動の分離、重心座標系を用いた内部運動の時間的追跡なども問われている。
個別の運動としてはつりあい、等加速度運動、単振動、円運動、楕円運動などがある。単振動は頻出で、保存則による追跡だけでなく時間的追跡も要求される。円運動も頻出で、通常の追跡(運動方程式の中心方向成分とエネルギー保存則による速さや力の位置による追跡)の他、微小振動の時間的追跡も必須である。

《電磁気学》
電磁場中の荷電粒子の運動、静電場、コンデンサー、電流、非線形素子(ダイオードなど)、磁場、電磁誘導、交流、電磁波などがあり、どのテーマも出題されたことがあるが、磁場(特に電磁誘導)がらみの出題が多い。なお、十分に時間が経過すると一定になるという指数関数で記述される現象は頻出で、時定数のグラフ上の意味を知っていると有利である。

《波動》
力学的波動と光(電磁波)があり、反射、屈折、干渉、回折、ドップラー効果など、偏りなく出題されてきた。またばねにつながれた多粒子系の振動(力学的波動のモデル)や水面波の速さと波長の関係をもとにした問題など、力学的波動の基礎に関わる出題や、電磁波の発生に関わる出題もある。
最近では2013年度、2014年度と続けて波の式を扱う出題がなされた。ただし旧課程では波の式が教科書本文に含まれないため(付録扱い)、必要な式は問題文に与えられていた。今後は波の式を扱う問題が遠慮なく出題されるだろう。なお、どのテーマを扱うにせよ、位相という言葉を使いこなせるようにしておく必要がある。

《熱力学》
熱サイクルなどを扱った熱力学単独の問題の他、力学、電磁気学、力学的波動との融合で出題されることが多い。例えば、ピストンの運動と閉じ込められた気体の状態変化の考察は典型的である、また、近似計算を必要とする微小変化の追跡に関しても出題されている。なお、近似は熱力学に限らず重要で、2012年度においては大問3題すべてに近似計算が含まれた。

《現代物理》
大きく分けて原子と原子核がある。遡ってみると、05年は原子(X線の粒子性と波動性)、04年は原子核(中性子星からのX線)、99年は原子(水素様イオンのボーア模型)、96年は原子核(中性子と原子核の反応)、93年は原子(光電効果)となっており、2分野が交互に出題されている。

入試対策

ゴールは初見の問題でも自力で解き、的確な導出過程を記述できる力を養うことであり、見たことがないから解いてみようと思える大人になることである。問題設定ごとに解法を分類しても空しい限りである。その分類外(目新しい設定)の出題がなされ、それが合否を分けるからである。
必要な力を養うために具体的に必要なのは、典型的な基礎問題で物理法則(第1原理)の使い方を学ぶことである。例えば、物理法則から公式が得られ、公式から答が得られる場合に、公式から答までの部分を記憶するのは誤りである。いつも第1原理に戻って考え始め、「納得」を伴った問題研究をすることが重要である。問になっていないことも計算したり、要所要所で式の次元が合っているかに注意を払ったり、要求されなくてもグラフを描くべきである。解法がいくつかあるなら、簡単な方法から順にすべて試し、得られた結果は必ず考察する必要がある。考察の第一歩は式の内容を日本語に直すことであり、本当にそうなるかわからなかったら、導出した結果に含まれるパラメーターを極端な値にして、納得できる場合が含まれるかを調べるとよい。
このように一題を深く研究すれば、導出過程に何を記述すべきかもわかる。そうしたら仕上げに問になっていることだけに短時間で答える練習をする。解いているのが東工大の過去問ではなくても、導出過程を簡潔に記述する練習を欠かさない。どうしても記述量が増えてしまうのなら、まずは素早く書く努力をすればよい。何を書くべきかがわからないなら問題研究に戻るべきである。
以上のような経験を基礎的な問題を通して繰り返し積むことで、必要な力が確実に養われる。その力とは、法則に裏打ちされた物理的直感力、すなわち、与えられた実験設定に対して詳しい計算をする前に法則の導くストーリーを語ることのできる力であり、深く考察し、納得しながら行った問題研究の経験によってのみ、後天的に獲得できる力である。

※本ページ内容は一部のコメントを除き、駿台文庫より刊行の『青本』より抜粋。