地方上級 ／ 物理 ／ zn-03

更新 2026-09-14

波動・電気（波の性質・オームの法則・電力）

この単元でできるようになること

• 波の基本量（波長・振動数・周期・速さ）を v ＝ fλ の 1 本の式でつなぎ、反射・屈折・回折・干渉のちがいを言える
• 音の三要素（高さ・大きさ・音色）を波の量に対応させ、うなり・反射音（往復）の計算ができる
• オームの法則 V ＝ RI と直列・並列の合成抵抗で、回路の電流・電圧を求められる
• 電力 P ＝ VI・電力量・ジュール熱を、単位（W・J・kWh）を間違えずに計算できる
• 電磁波を波長の順に並べ、家庭の配線が並列である理由を説明できる

試験での位置づけ

地方上級・国家一般職の物理は 1〜2 問で、力学（zn-02）が最もよく問われ、次に波動と電気が出題されやすい分野です。波動は「用語の正誤」（回折・屈折・ドップラー効果など）が中心で、計算は v ＝ fλ と反射音の往復程度です。電気はオームの法則・合成抵抗・電力の計算 1 問が定番で、中学（s2-01・s2-02）と高校の物理基礎（pb-08〜pb-10）の範囲を超えることはほとんどありません。公式の数は少ないので、単位を見て式を選ぶ習慣をつければ得点源にできます。

1. 波の基本 ── v ＝ fλ を 1 本だけ覚える

まずここだけ

波を表す量は 4 つです。

これらをつなぐ式は 1 本だけです。

v ＝ fλ（1 秒に f 個の波が出て、1 個の長さが λ だから、1 秒に fλ 進む）

振動数 5 Hz、波長 0.4 m の波 → v ＝ 5 × 0.4 ＝ 2 m/s 音速 340 m/s、振動数 170 Hz の音の波長 → λ ＝ 340 ÷ 170 ＝ 2 m

横波と縦波：媒質の振動方向が進行方向と垂直なのが横波（光・弦の波・地震の S 波）、平行なのが縦波（音・地震の P 波）。縦波は密な部分と疎な部分がくり返すので疎密波ともいいます。

ここまでできれば十分

波に起こる 4 つの現象は、名前の入れかえで問われます。

重なった波は、重なっている間だけ変位が足し合わされ（重ね合わせの原理）、通り過ぎればそれぞれ元の形で進みます（波の独立性）。「重なった波は打ち消し合って消える」は誤りです。

定常波（定在波）：同じ振幅・振動数の波が逆向きに進んで重なると、まったく振動しない節と、大きく振動する腹が交互にできる、進まない波になります。隣り合う節と節の間隔は波長の半分です。弦楽器の弦や気柱（管楽器）の音は定常波です。

もう一歩（発展）

ドップラー効果：音源と観測者が近づくと音は高く（振動数が大きく）、遠ざかると低く聞こえます。救急車のサイレンが通り過ぎた瞬間に低くなるのがこれです。星の光でも同じことが起こり、遠ざかる銀河の光は波長が長い側（赤い側）にずれます（赤方偏移）。

2. 音 ── 三要素と「往復」

まずここだけ

音の速さは空気中で約 340 m/s（15℃ 付近）で、気温が高いほど速くなります。音は媒質がないと伝わらないので真空中では聞こえません。水中や鉄の中では空気中より速く伝わります（液体・固体のほうが速い）。

ここまでできれば十分

反射音（やまびこ）は往復を忘れないこと。

崖に向かって声を出し、2 秒後に反射音が聞こえた。崖までの距離は？ 音が進んだ距離 ＝ 340 × 2 ＝ 680 m。これは往復分なので崖までは 340 m

うなり：振動数がわずかに違う 2 つの音を同時に鳴らすと、音が周期的に大きくなったり小さくなったりします。1 秒間のうなりの回数は振動数の差です。

440 Hz と 444 Hz → 1 秒に 4 回のうなり

弦の振動：弦を短く・細く・強く張るほど高い音が出ます（ギターで音を高くするときの操作を思い出せば向きを間違えません）。

3. オームの法則と合成抵抗

まずここだけ

V ＝ RI（電圧 V ボルト ＝ 抵抗 R オーム × 電流 I アンペア）

20 Ω の抵抗に 6 V → I ＝ 6 ÷ 20 ＝ 0.3 A 2 A 流れて 10 V かかっている抵抗 → R ＝ 10 ÷ 2 ＝ 5 Ω

抵抗の大きさは導線の長さに比例し、断面積に反比例します（R ＝ ρL/S。ρ は抵抗率で物質ごとの値）。長さ 2 倍・断面積 2 倍なら抵抗はもとと同じです。金属は温度が上がると抵抗が大きくなります。

ここまでできれば十分

並列 2 本のときは R ＝ R₁R₂/(R₁ ＋ R₂)（積 ÷ 和）が速いです。

6 Ω と 3 Ω を並列 → 6 × 3 ÷ (6 ＋ 3) ＝ 2 Ω 同じく直列 → 6 ＋ 3 ＝ 9 Ω

直列回路の電圧の分け方：12 V の電源に 2 Ω と 4 Ω を直列につなぐと、電流は 12 ÷ 6 ＝ 2 A で共通。2 Ω には 4 V、4 Ω には 8 V。電圧は抵抗の比 2 : 4 に分かれると覚えると、電流を出さずに答えられます。

もう一歩（発展）

直列と並列の組み合わせは、並列部分を先に 1 本の抵抗にまとめてから直列に足します。

3 Ω に、6 Ω と 3 Ω の並列部分を直列につなぐ → 並列部分 ＝ 6 × 3 ÷ 9 ＝ 2 Ω。全体 ＝ 3 ＋ 2 ＝ 5 Ω

回路を流れる電流が分かれば、各部分の電圧は V ＝ RI で順に出せます。

4. 電力・電力量・ジュール熱 ── 単位で式を選ぶ

まずここだけ

電力 P ＝ VI（単位 W ワット）。V ＝ RI を使うと P ＝ I²R ＝ V²/R とも書ける

100 V で 5 A 流れる電気ストーブ → P ＝ 100 × 5 ＝ 500 W 10 Ω に 20 V → P ＝ 20² ÷ 10 ＝ 40 W

電力量（＝発生する熱量）は 電力 × 時間です。単位の組み合わせを表で押さえます。

1,000 W のドライヤーを 30 分 → 1 kW × 0.5 h ＝ 0.5 kWh 同じものを J で → 1,000 W × 1,800 s ＝ 1,800,000 J（＝ 1.8 × 10⁶ J）

ここまでできれば十分

抵抗で発生する熱をジュール熱といい、Q ＝ I²Rt（＝ VIt ＝ Pt）で計算します。

5 Ω の電熱線に 2 A を 60 秒 → Q ＝ 2² × 5 × 60 ＝ 1,200 J

家庭の配線は並列です。だから各器具にはいつも 100 V がかかり、1 つを消しても他は使えます。器具を増やすほど合成抵抗は小さくなり、幹線の電流の合計が増えるので、限度を超えるとブレーカーが落ちます。「たこ足配線が危ない」のは、1 本のコードに流れる電流が増えてジュール熱で発熱するからです。

家庭に届く電気は交流（向きが周期的に変わる。東日本 50 Hz・西日本 60 Hz）、乾電池は直流です。

もう一歩（発展）

電磁波は電場と磁場の振動が伝わる波で、真空中を光の速さ（約 3.0 × 10⁸ m/s）で進みます。波長の長い順に

電波 → 赤外線 → 可視光線（赤 → 紫）→ 紫外線 → X 線 → γ 線

波長が短いほど振動数が大きく、エネルギーも大きくなります。赤外線は熱を運ぶ（こたつ・リモコン）、紫外線は日焼け・殺菌、X 線はレントゲン、という用途との対応も問われます。

5. よくある間違い

6. 解き方の型

1. 波の計算は「Hz か秒か」を見て f と T を区別し、v ＝ fλ に代入する。反射音は往復
2. 回路は「直列なら電流が共通、並列なら電圧が共通」と書いてから始める。並列部分は先に 1 本にまとめる
3. 電力は与えられた量で式を選ぶ：V と I → VI、I と R → I²R、V と R → V²/R
4. 電力量は単位を見る：J なら秒、kWh なら kW と時間
5. 用語の正誤問題は「屈折 ⇔ 回折」「振動数 ⇔ 振幅」「直列 ⇔ 並列」の入れかえを疑う

7. 小テストへ

→ 小テスト（zn-03）

関連する単元

• 前提：s1-02 音の性質、s2-01 回路と電流・電圧・オームの法則、s2-02 電力・電力量・発熱量（中学理科）
• 高校の土台：pb-08 波の性質、pb-09 音、pb-10 電気（オームの法則・抵抗率・消費電力・交流）
• 同じ教科：zn-02 力学（運動・力のつり合い・エネルギー）
• 地震波（P 波・S 波）は zn-09 で扱う

参考資料

• 文部科学省「高等学校学習指導要領（平成 30 年告示）解説 理科編」── 物理基礎「様々な物理現象とエネルギーの利用」
• 高等学校「物理基礎」教科書（波・音・電気の各章）
• 人事院「国家公務員採用一般職試験（大卒程度試験）受験案内」── 基礎能力試験の出題分野（自然科学）

受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.com/koumuin/shizen/zn-03/ ／ 更新 2026-09-14

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