• 前田 京剛 ほか 27名, 2023: 物理基礎 (Physics 深める) [2・東書・物基 701]。東京書籍, 288 pp. ISBN 978-4-487-16623-7. 【「Physics 深める」は表紙に副題のように書かれているが、奥付にはない。】

2021年2月検定ずみ、2023年2月発行の、高校の理科のうち「物理基礎」という科目の教科書。(他の同じ科目の教科書はA5判またはB5判なのだが、これは) A5判よりすこし大きめの判で横書きのペーパーバック。

わたしは大学で気象学をおしえており、その基礎としての初級の物理をおしえることもある。入学している学生が高校で物理を (「物理基礎」だけでも) 履修ずみかどうかはまちまちなのだが、ともかく高校教育との接続をかんがえることが必要なので、ときどき高校の教科書をみることがある。

現在の高校の理科のうちの物理の科目は「物理基礎」と (それをすませた人むけの上級科目としての) 「物理」(この記事では科目名のときは意識的にかぎかっこをつけておく) にわかれている。本書は「物理基礎」のほうの教科書が10種類ほどてでいるうちのひとつだ。

教科書は学習指導要領にしたがってつくられている。現在の高校物理の指導要領について、わたしは別ブログ記事 [2021-01-21 高校の物理の(次期)学習指導要領についての感想 — 熱力学が弱すぎる ]、[2021-09-06 高校物理の学習指導要領の項目を学問体系中に位置づけるこころみ] を書いた。教科書検定は、1990年代から20-00年代ごろは、指導要領の範囲外のことを書かないように指導する態度がみられたが、2010年代ごろからは「発展」などと明示すればふくめられるようになってきている。(教科書行政の変遷は 左巻 健男 (2022) 『こんなに変わった理科教科書』 [読書メモ] を参照した。)

複数ある「物理基礎」教科書のうちでとくに本書に注目したのは、気象学関連の話題があったからだ。ちかごろの物理の教科書には、かこみ記事として、物理という科目の外の知識と関連づける話題がある。それは、電力利用や電気通信などの工学的応用の話題がおおい。地球科学にも物理は応用されているのだが、野外の自然現象を理解するには物理の教科書にでてくる複数の法則が同時にはたらいていることをかんがえないといけないから、高校レベルの物理の応用問題にするにはむずかしいところがある。

本書では、熱に関する話題のなかに「比熱容量と気候」という章があって、海と陸の気候 (とくに気温の日較差) をとりあげている。そこには海のほうが 熱容量 が大きいので気温の日較差が小さくなる、という因果関係がある。しかし本書の記述では 水のほうが岩石よりも 比熱容量 が大きいから、という話になっている。比熱容量 (「比熱」といっても同じ) は単位質量あたりの熱容量だ。ここで比較すべきものは、日変化にかかわる水または岩石の層の単位面積あたりの熱容量であり、それは、比熱容量 かける 密度 (単位体積あたりの質量) かける 層の厚さ (単位面積あたりの体積) だ。比熱容量はたしかに水のほうが大きいけれど、密度は岩石のほうが大きい。そしてこの2種類の量はちがうといっても同じけただ。いちばんちがうのは、水が流体で岩石が固体であることによって、日変化にきく層の厚さが、水ではメートルのけた、岩石ではセンチメートルのけたになることなのだ。「比熱容量」できまっているというのが「教科書にのった知識」になってしまうとこまる。わたしは、この教科書は、なるべく早い機会に修正してほしいとおもう。しかし、その意見をのべるには「日変化にきく層の厚さ」の説得力のあるデータをそえなければならない。わたしの勤務さきで観測している地中温度と、他の機関で観測されている沿岸海洋水温をつかえばしめせるとおもうけれど、(科学研究ではなくて教材研究型の) ひとしごとをしなければならない。ここに、きっとやるという決意をかいておく。(決意は、熱容量の説明資料をつくることについてであって、東京書籍に送るかどうかは確定していない。)

本書の構造をつかむために目次の書きぬきをしてみておどろいた。本書には「発展」としてあげられた材料が異常におおい。(電磁気の部分は「中学の復習」という表現になっているが。) 「物理」でおしえる項目のおおくを (要点だけだが) さきどりしている。

このような教科書がもとめられた事情は推測できる。「物理基礎」は 2単位 (週2時間で1年間の授業でカバーできる分量)、「物理」は 4単位とされている。しかし、学校によっては、物理をならう最初の学年のうちに 4単位ぐらいの内容をおしえてしまいたいことがあるだろう。「物理基礎」を半年ですませて、のこりの半年には「物理」を2単位ぶんやる、という形がとれればよいとおもうのだが、そのようにしにくい事情があって、「物理基礎」という名目で内容をふやした授業をしたい学校があるのだろう、と推測する。

同じ東京書籍からでたもう1種類の教科書や、わたしが見たかぎりの他社の教科書は、「物理基礎」の指導要領からおおきくはみだした内容の項目はおおくない。

折りかえしのあとにくわしい目次をつける。

===== 目次 =====
[巻頭資料]
– 科学の探究の進め方
– – 課題の把握 (発見)
– – 課題の探究 (追究)
– – 課題の解決
– 物理量の測定と扱い方
– – 物理量の表わし方
– – 有効数字と不確かさ
– – 測定値を使った計算
– – 科学表記
目次
[巻頭資料]
– この教科書を構成する要素
– 二次元コード一覧
1編 物体の運動とエネルギー
– 0章 運動とはどのようなものであると考えられたか
– – – 1. アリストテレスとプトレマイオスの考え
– – – 2. 地動説以後
– – – 3. ニュートン力学
– 1章 運動の表し方
– – 1章に入る前に
– – 1節 運動の表し方
– – – A. 運動の表し方
– – – B. 変位と速度
– – – – 直線上の変位と速度
– – – – 速度を表すグラフ
– – 2節 等速直線運動
– – – A. 等速直線運動
– – – [例題 1] 等速直線運動の x-t グラフ と v-t グラフ
– – 3節 合成速度と相対速度
– – – A. 速度の合成
– – – B. 相対速度
– – – [発展] 平面上の合成速度と相対速度
– – – [コラム 日常生活] スポーツと合成速度・相対速度
– – 4節 直線運動の加速度
– – – A. 斜面上を運動する物体
– – – – [実験 1] 斜面上を下る力学台車
– – – – 加速度
– – – – 等加速度直線運動を表す式
– – – – [参考] v-t グラフから変位を求める
– – – – 負の加速度
– – – – [例題 2] 加速度運動のグラフ
– – – – [例題 3] 等加速度直線運動 (折り返しの運動)
– – – [コラム 日常生活] 日常に物理の手法を適用する
– – 5節 落体の運動
– – – A. 自由落下
– – – B. 鉛直投射
– – – – 鉛直投げ下ろし
– – – – 鉛直投げ上げ
– – – – [例題 4] 鉛直投げ上げ
– – – C. 水平投射
– – – – [発展] 水平投射を数式で解析する
– – – [発展] 斜方投射
– – – [発展] 放物運動を数式で解析する
– – 1章の最後に
– – 章末問題
– 2章 さまざまな力とそのはたらき
– – 2章に入る前に
– – 1節 力のつり合い
– – – A. 力のはたらきと表し方
– – – – 力とは
– – – B. 2力のつり合い
– – – C. さまざまな力
– – – – 重力
– – – – 面から受ける力
– – – – 張力
– – – – 弾性力
– – – – 離れた物体に働く力
– – – D. 力の合成と分解
– – – – 力の合成
– – – – 力の分解
– – – – 力の成分
– – – E. 3力のつり合い
– – – – [例題 1] つり合う 3力
– – 2節 運動の法則
– – – A. 慣性の法則
– – – B. 運動の法則
– – – – 力と運動の関係
– – – – [実験 2] 力と加速度の関係
– – – – 質量と運動の関係
– – – – [実験 3] 質量と加速度の関係
– – – – [コラム 科学史] 法則は「本当に」正しいのか ～ 仮説と法則
– – – – [例題 2] 運動方程式
– – – C. 作用・反作用の法則
– – – – [例題 3] 作用・反作用の2力とつり合う2力
– – – D. ニュートンの運動の3法則
– – – – [コラム 社会] 国際宇宙ステーションで質量を測るには
– – 3節 さまざまな運動とはたらく力
– – – A. 落体の運動とはたらく力
– – – B. 滑らかな面上を運動する物体とはたらく力
– – – – [例題 4] 複数の力がはたらく物体の運動
– – – – [例題 5] 糸でつながれた物体の運動
– – – – [例題 6] 斜面上の物体の運動
– – – C. 粗い面上を運動する物体とはたらく力
– – – – 動摩擦力
– – – – 静止摩擦力
– – – – 最大摩擦力
– – – [例題 7] 粗い斜面上での物体の運動
– – – D. 空気中や水中を運動する物体
– – – – 圧力
– – – – 大気圧
– – – – 水圧
– – – – 浮力
– – – – [例題 8] 浮力
– – – – [コラム 科学史] アルキメデスと王冠
– – – – 流体中の物体の運動と終端速度
– – [特集] 力と質量と加速度の関係
– – [特集] 力の図示と運動方程式の扱い方
– – [例題 9] 滑車を用いた2物体の運動
– – [例題 10] 接触する2物体の運動
– – [例題 11] 斜面上の物体の運動
– – [例題 12] 異なった2物体の運動
– – 2章の最後に
– – 章末問題
– 3章 力学的エネルギー
– – 3章に入る前に
– – 1節 エネルギーと仕事
– – – A. 仕事
– – – [例題 1] 仕事の原理
– – – B. 仕事率
– – 2節 運動エネルギーと位置エネルギー
– – – A. 運動エネルギー
– – – – 運動エネルギーの変化と仕事の関係
– – – B. 位置エネルギー
– – – – 重力による位置エネルギー
– – – – 弾性力による位置エネルギー (弾性エネルギー)
– – 3節 力学的エネルギーの保存
– – – A. 運動エネルギーと位置エネルギーが同時に変化する運動
– – – [実験 4] 自由落下と振り子の運動エネルギー
– – – B. 重力のみが仕事をする運動
– – – C. 弾性力のみが仕事をする運動
– – – D. 保存力
– – 4節 力学的エネルギーが保存されない場合
– – – A. 保存力以外の力が仕事をする運動
– – – [例題 2] 非保存力が仕事をする運動
– – [特集] 力学的エネルギー保存の法則
– – – [例題 3] 重力が関係する運動 ((1)) (滑らかな曲面上)
– – – [例題 4] 重力が関係する運動 ((2)) (振り子)
– – – {例題 5} 弾性力が関係する運動 (水平ばね振り子)
– – – [例題 6} 重力と弾性力が関係する運動 (鉛直ばね振り子)
– – – [例題 7] 物体系での力学的エネルギーの保存
– – 3章の最後に
– – 章末問題
2編 さまざまな物理現象とエネルギー
– 0章 さまざまな物理現象の探究
– – – 1. ニュートンの力学と光学
– – – 2. 熱の研究
– – – 3. 電気と磁気
– – – 4. エネルギーの保存
– 1章 熱
– – 1章に入る前に
– – 1節 温度と熱
– – – A. 温度
– – – [コラム 科学史] ブラウン運動の理論
– – – B. 熱膨張
– – – [参考] 線膨張と体膨張
– – – C. 熱平衡
– – – [コラム 日常生活] さまざまな温度計
– – – D. 熱
– – – E. 物質の三態
– – – F. 潜熱
– – – [コラム 社会] 保水性舗装
– – 2節 熱の移動と保存
– – – A. 熱量の保存
– – – B. 熱容量と比熱容量
– – – [実験 5] 熱の移動
– – – [コラム 日常生活] 比熱容量と気候
– – – [例題 1] 熱量の保存
– – 3節 熱と仕事
– – – A. 内部エネルギー
– – – B. 熱力学第一法則
– – – [コラム 科学史] ジュールの実験
– – 4節 熱効率と不可逆変化
– – – A. 熱機関
– – – B. 可逆変化と不可逆変化
– – – [発展] 熱力学第2法則
– – – [コラム 日常生活] 冷蔵庫のしくみ
– – 1章の最後に
– – 章末問題
– 2章 波
– – 2章に入る前に
– – 1節 波を表す
– – – A. 波とは
– – – – 横波と縦波 (波の伝わり方)
– – – – 波はエネルギーを伝える
– – – – 波は情報を伝える
– – – [コラム 日常生活] いのちを守る緊急地震速報
– – – B. 波をグラフで表す
– – – – 波形の表し方 (y-x グラフ)
– – – – 波の基本式
– – – – 媒質の振動の表し方 (y-t グラフ)
– – – – 正弦波と単振動
– – – – [例題 1] y-x グラフ と y-t グラフ
– – – – [例題 2] 縦波
– – – – 位相
– – 2節 波の重ね合わせ
– – – A. 波の重ね合わせ
– – – – 波の独立性
– – – – 重ね合わせの原理
– – – B. 定在波 (定常波)
– – – – [例題 3] 定在波
– – – C. 自由端や固定端での反射
– – – – 正弦波の反射による定在波
– – – – [例題 4] 正弦波の反射
– – – [コラム 社会] より正確な「1秒」を決めるために
– – 3節 音の性質
– – – A. 音とは
– – – – 音の速さ
– – – – [参考] 横波と縦波の伝わり方
– – – – 音の反射
– – – B. 音の3要素
– – – – 音の大きさ、音の高さ、音色
– – – C. うなり
– – – [コラム 日常生活] ピアノの調律
– – 4節 弦の固有振動
– – – A. 物体固有の振動
– – – – 固有振動
– – – – 共振
– – – B. 弦の固有振動
– – – – [実験 6] 弦の固有振動
– – – – 弦楽器のしくみ
– – 5節 気柱の固有振動
– – – A. 気柱の固有振動
– – – – [実験 7] 気柱の共鳴
– – – – 閉管の固有振動
– – – – 開管の固有振動
– – – – [参考] 気柱の密度変化
– – – – [例題 5] 気柱の固有振動
– – – [コラム 日常生活] ワイングラスが「音」で割れる!?
– – 2章の最後に
– – 章末問題
– 3章 電気と磁気
– – 3章に入る前に
– – 1節 電流と電圧
– – – A. 静電気
– – – B. 電流
– – – – 電流の正体
– – – – 電流の大きさと向き
– – – – [コラム 科学史] なぜ、電流の向きと電子の移動する向きが違うのか
– – – – [参考] 自由電子の流れからみる電流の大きさ
– – – C. 電圧
– – – – [コラム 科学史] カエルの足が生んだ電池の発明
– – 2節 電気抵抗
– – – A. 電気抵抗
– – – B. 物質による電気抵抗の違い
– – – – 金属線の抵抗値と形状
– – – – [実験 8] 抵抗値の形状による変化
– – – – [参考] 抵抗値の温度変化
– – – – 物質の分類
– – – – – 導体、半導体、不導体 (絶縁体)
– – 3節 抵抗の接続
– – – A. 抵抗の接続
– – – – 直列接続
– – – – 並列接続
– – – – [例題 1] スイッチを含めた回路
– – 4節 電気とエネルギー
– – – A. 電気とエネルギー
– – – – ジュール熱
– – – – 電力量と電力
– – 5節 直流と交流
– – – A. 直流と交流
– – – – [コラム 社会] 東日本と西日本で周波数はなぜ違う
– – – B. 交流の発生
– – – – [コラム 科学史] 直流交流論争
– – – C. 変圧器
– – – D. 電力の輸送
– – – – 送電による電力損失
– – – – [例題 2] 電力輸送のモデル
– – – E. 日常生活で利用する電気
– – – [コラム 日常生活] リチウムイオン電池の開発
– – – [コラム 日常生活] 鉄道で使われる直流と交流
– – 6節 電磁波
– – – A. 電磁波の性質
– – – [コラム 日常生活] 八木・宇田アンテナ
– – – B. 電磁波の利用
– – – [コラム 社会] 宇宙空間で太陽光発電
– – [復習] 磁場 (磁界) に関する中学校の復習
– – – 磁場 (磁界)
– – – 電流がつくる磁場
– – – 電流が磁場から受ける力
– – – 電磁誘導
– – – [コラム 日常生活] 非接触ICカードのしくみ
– – – [発展] フレミングの左手の法則 ・ レンツの法則
– – 3章の最後に
– – 章末問題
– 4章 エネルギーとその利用
– – 4章に入る前に
– – 1節 エネルギーの変換と保存
– – – A. エネルギーとは何か
– – – [コラム 科学史] 「エネルギー (energy)」 概念の成立
– – – B. さまざまなエネルギー
– – – – 力学的エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー、光エネルギー、化学エネルギー、核 (原子力) エネルギー
– – – C. エネルギーの変換と保存
– – – – エネルギー保存の法則
– – – [コラム 日常生活] エネルギーの「量」と「質」
– – 2節 原子核のエネルギー ((1))
– – – A. 原子の構造
– – – – 原子の構造
– – – – 同位体 (アイソトープ)
– – – B. 放射線と 核 (原子力) エネルギーの発見
– – – C. 放射能の強さと半減期
– – – [コラム 社会] 放射性炭素年代測定
– – – D. 放射線の種類と利用
– – – E. 放射線の人体への影響
– – – [コラム 日常生活] 放射線から身を守るために
– – 3節 原子核のエネルギー ((2))
– – – A. 核分裂
– – – – 核分裂
– – – – 核分裂連鎖反応
– – – – 原子力発電
– – – – [コラム 社会] 原子力発電の長所と短所
– – – B. 核融合
– – – – 核融合
– – – – 太陽のエネルギー源
– – – – 核融合発電
– – – – [コラム 社会] 核融合発電の利点
– – 4節 エネルギーの利用と課題
– – – A. 生命の営みとエネルギー
– – – B. 人間生活とエネルギー
– – – – さまざまなエネルギー資源
– – – – エネルギー資源はいつまで使えるか
– – – – エネルギー変換と効率
– – – C. 使いやすいエネルギーの形 ～ 電気エネルギー
– – – [コラム 日常生活] ライフサイクルアセスメント (LCA)
– – – D. 持続可能な社会の実現に向けて
– – 4章の最後に
– – 章末問題
巻末問題
[巻末資料]
– 発展
– – 1. 力学
– – – A. 剛体にはたらく力のつり合い
– – – – 力のモーメント
– – – – 剛体のつり合い
– – – – 平行でない2力の合成と分解
– – – – 平行な2力の合成
– – – – 偶力
– – – – 重心
– – – B. 運動量
– – – – 運動量
– – – – 力積
– – – – 運動量と力積
– – – – 運動量保存の法則
– – – – 反発係数
– – – C. 円運動
– – – – 円運動の表し方
– – – – 向心加速度と向心力
– – – D. 単振動
– – – – 等速円運動と単振動
– – – – 単振動の表し方
– – – – 復元力
– – 2. 熱
– – – A. ボイル・シャルルの法則
– – – – ボイルの法則
– – – – シャルルの法則
– – – – ボイル・シャルルの法則
– – – B. 理想気体の状態方程式
– – – C. 気体の状態変化
– – – – 定積変化、定圧変化、等温変化、断熱変化
– – 3. 波
– – – A. 波の性質
– – – – 波の反射
– – – – 波の屈折
– – – – 波の回折
– – – – 波の干渉
– – – – 干渉条件の式
– – – B. 音の性質
– – – – 音の屈折
– – – – 音の回折
– – – – 音の干渉
– – 4. 物理のための数学基礎知識
– – – A. 三角比・三角関数
– – – – 三角比の定義
– – – – 覚えておきたい三角比
– – – – 三角関数 (三角比の拡張)
– – – – 弧度法
– – – B. ベクトル
– – – C. 指数法則
– – – D. 次元
– – – [例題] 次元
– []
– – 電気図用記号
– – ギリシャ文字
– – 物理定数
– – 国際単位系 (SI)、組立単位 (例)
– – 三角関数表
– – 平方・平方根の表
– – 物理で用いられるおもな表現
– 問・類題・章末問題・巻末問題・○×問題の解答・解説
– – 問・類題の解答
– – 章末問題の解答・解説
– 索引
– 英訳索引
– 「?」 「!」 フィードバック 学習の問いとポイント 40
終章 物理学が拓く世界
– これからの私たちの世界と物理学
– 日常生活や身近な環境への物理学の成果や応用
– – 物に触れずにはかる
– – – レーダーを用いた観測
– – – 環境問題への対応
– – 見えない体内を「見る」
– – あなたのまわりにもロボットが
– – – ロボットとともに働く
– – – ロボットを着用する
– – 野菜を「工場」でつくる
– – – 野菜が育つ条件を整える
– – – 植物工場の可能性
– ココにも物理 物理とかかわる人々
– – 未来を切り拓く
– – 科学の魅力を広める
– – 運動を極める
– – 生活を豊かにする
– – 健康を支える
– – 文化をつくる
===== ここまで =====