化学 物理

物理学と化学は全く違うアプローチをとって勉強するべき

投稿日:2017年10月11日

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物理と化学、あなたはどちらが得意だろうか。

両方得意な方はあまりいないのではないでは?

それもそのはず。物理と化学は全く異なる、相反する考え方をしなければならない学問だからだ。

物理と化学の学問としての違いを知ることで、異なるアプローチで勉強する必要性が見えてくる。ゆくゆくは成績の上昇にも大きく関係してくる重大なことがらだ。

それでは、物理と化学という2つの学問の性質の違いから、正しい勉強法を述べよう。

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物理学の根本は公式である

現象を物理的に考えるとき、まず対象とする現象のモデルを考える。次に、ニュートンやアインシュタインやマクスウェルといった物理学者達が発見した公式を当てはめる。そして、モデルの対称性などに注目し計算する。最後に数式に解釈を与え、現象の解明をする。

つまり、①モデルをたてる→②公式で立式する→③計算する→④解明の4ステップだ。

具体例を挙げよう。扱う問題は力学の基本問題。ボールの投げ上げ運動だ。

ボールを真上に投げたらいつ手元に戻ってくるのか、上の4ステップで考えてみよう。

モデルを立てる。

空気抵抗0のもと、高さ0mから初速Vでボールが鉛直情報に発射。重力加速度はg。

②ニュートンの運動方程式で立式。

ma=mg

③対称性に注目し計算。

ma = mg 両辺をmで割る。

a = g 時間tで積分し、初期条件を代入する。

v = V – gt  ・・・A (vは時刻tでの速度)

ここで、もう一度積分してもよいが、ボールが最高点に達する前と達した後で、対称的な運動をすることに注目した方が計算が楽だ。

初期位置に戻る時間は、単純に最高点までの到達時間2倍なので簡単に求めることができる。

最高点の速度は0m/sだ。

よって投げ上げてから最高点に達するまでの時間は、A式でv=0のときなのでt=V/g。

地面に到着する時間はt=2V/gと求められた。

④解釈しよう

物体を投げ上げたら2V/g秒後に手元に戻ってくる。

物理の限界

現実の世界は空気抵抗があり、ボールの投げ上げ運動の解析は微分方程式を解かなければならない。

しかし、空気抵抗の影響は野球ボールの投げ上げ運動程度ならほぼ影響はありません。そこで、高校では空気抵抗を0としたモデルを考え、数式を簡単化して考えるのだ。

このアプローチは物理ではずっと続く。世の中には複雑過ぎて立式はできるが、計算することができない現象がほとんどだ。

計算できなければ現象の解明は当然できない。そこで、現象に条件を付けくわえ、簡単なモデルを考えるのだ。

逆に考えると、物理の教科書に出てくる一見難解に見える数式は、実はシンプルなモデルを立式して計算した結果にすぎない。物理で分からないところを突き詰めれば、結局は教科書の初めの簡単な公式にたどり着く。

つまり、物理の勉強で分からないところがあれば、掘り下げればいい。

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逆に化学は掘り下げてはいけない。説明しよう。

化学の根本は機能である

化学は物理と比べて興味深いアプローチをとる。

化学の根本は機能だ。

この原子はこういう機能、あの分子はああいう機能、だからこの原子とあの分子を組み合わせればこんな機能の物質になる。というように。

もちろん機能の根本には、力学的な力や電気的な力が作用した物理現象が潜んでいる。

しかし、化学ではそういった物理現象を無視して、機能から考えることで、物理では太刀打ちできない複雑な現象にアプローチできるのだ。

リチウムは赤色、ナトリウムは黄色の炎色反応を示す理由はE=hνの関係があるから・・・などと、化学では考える必要はない。

「物質を燃やして何色に燃えるか」

「塩酸を混ぜたとき、その物質はどのように反応するか」

例えば、化学ではこういった事実から、物質を予想できる。(このように原子や分子の機能に注目し、含まれている物質を調べる実験が定性分析だ)

化学は物質の機能に注目し、より高度な現象にアプローチする学問だ。

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物理は突き詰めてもいいが化学は割り切ろう

結論だ。

物理は分からない問題があれば突き詰めて考えても大丈夫だ。最後はシンプルな公式に行き着くからだ。

対して、化学は深堀りは禁物だ。物質の機能の説明に対してなんでそうなるの?と考えるのは愚問である。そういう機能が実験結果から得られたからそうなのだ。考え始めたら物理の泥沼にはまる。

教科書のはじめに書いてあるイオン化傾向ですら「何であの順番なのか」を理解するのは非常に難しい。

受験生の内は、サクッと語呂で覚えてしまうのが、最も賢いやり方だ。

余談だ。

化学は物理の複雑な計算をすっ飛ばしてその結果の「物質固有の機能」から考え始める学問だ。だから、化学の大変さは計算ではない。「機能」を大量に暗記しなければいけないことである。大学受験の化学は、暗記が主なウェイトを占めているのはそのせいだ。

化学の勉強で大切なことは暗記である。

難しいことは何もない。化学は知識がしっかり頭に入っていれば、たいていの問題は簡単に解ける。

化学はとにかく暗記しよう。

物理と化学はそれぞれ異なったアプローチで勉強するべきだ。このことを念頭に勉強し、初学から両方とも全統記述模試で偏差値70オーバーできた。勉強法は下記事より。

化学:大学受験の化学の勉強法 | 初学から偏差値70突破

物理:物理 勉強法 | 偏差値70突破!旧帝模試3千人中8位の勉強法

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