京大物理2026 第1問 解説|動く斜面台と衝突で保存則を使い分ける|PMD

連載|京都大学入試問題 答案の分かれ目〜京大医学部合格に向けて

京大物理2026 第1問 解説|動く斜面台と衝突で保存則を使い分ける

対象:2026年度 京都大学 一般選抜(前期日程)理科(物理)第1問/分野:力学/運動量とエネルギー/衝突/磁場中の円運動
最終更新:2026年11月5日|執筆・編集:PMD医学部専門予備校 講師チーム|監修:岩崎 陽一(株式会社アクト 代表取締役)

本記事について

問題条件は、京都大学が公表している問題冊子と「解答又は解答例等及び出題意図」に基づく要約です。解答例・比較答案・解説・目標目安は本稿の独自作成で、比較答案は説明用の架空答案です。京都大学は採点基準や部分点の配分を公表していないため、本稿で示す点検項目は、公表された出題意図・配点・問題文の指示から整理したPMDの提案です。外部の分析・受験記は出典と立場を示して参照し、大学の公式評価とは区別しています。物理第1問は大学から出題意図のみが公表されているため、空欄・問1〜問4の答えは本稿で導出したものです。

運動量保存とエネルギー保存を覚えていても、どの区間で、どの物体をまとめるかが曖昧だと立式を誤ります。2026年度京大物理第1問は、動く斜面台、磁場中の円運動、衝突を組み合わせた問題です。分かれ目は、場面ごとに系と保存される量を選び直すことにあります。

連載「答案の分かれ目」では、解説を読んで分かる段階から、自分で根拠のある答案を書ける段階へ進むために、同じ問題の二つの答案を比べます。京大医学科を目指す受験生に向け、京都大学が公表した出題意図と問題文の指示から読み取れる評価の観点、本番での判断、次の演習で変えることまで整理します。

この記事でわかること
  • 主要な答え(本稿の解答):問1 h′={M/(M+m)}²h、問2 w=V・V₁=v、問3 H=M(w−u)²/{2g(M+m)}。問4は中心(0, −R/2)・半径R/2の円を時計回りに描く。
  • 京大が見ている観点:出題意図は、問1を「登り切ったときに両者の相対速度がゼロ」、問4を「質量や速さが変わっても軌道を正しく作図できるか」と説明。問1〜問3は導出過程の記述が指示されている。
  • 答案の分かれ目:最高点でゼロになる相対速度と、床から見た速度を区別し、各場面で対象と保存量を選び直す。
  • 医学科での重み:理科は各科目100点満点で2科目を選択。医学科では理科を300点で評価する。
  • 目標目安と次の一手:30〜35分を出発点に、式を書く前に「どの物体を、どの区間で扱うか」を一行で示す。

時間・到達目標はPMDの編集上の提案であり、受験者の平均時間や合格に必要な科目別得点を示すものではありません。

1.問題の設定と、本番での位置づけ

結論:(1)(2)の基本式を確実にそろえ、問1・問3の共通速度と、合体後の質量・電荷を使った問4の図示まで完成させる。

質量mの物体Aが高さhから質量Mの斜面台を下る場合を、台を固定したとき、台が動き斜面に摩擦があるとき、台も斜面も摩擦がないときに分けて考えます。続いて、鉛直上向きの一様な磁場の中で質量m・電荷Qの物体Cが行う円運動を扱い、最後にAとCの衝突(弾性衝突/合体)と、その後の再上昇・円運動を組み合わせます。物理は3問題・100点満点です。

問題文は「速度については右向きを正とし、符号にも注意せよ」と指示しています。以下でも右向きを速度の正とし、速さを表すu、v、V、wは正の量として区別します。床に摩擦がなくても、重力と床の垂直抗力があるため、鉛直方向まで含めた全運動量を安易に保存しないでください。台と物体を合わせた系では、水平方向の外力がないことを根拠に使います。

PMDが提案する目標目安

本問の演習時間:30〜35分

到達点:(1)(2)の基本式を確実にそろえ、問1・問3の共通速度と、合体後の質量・電荷を使った問4の図示まで完成させる。

初回は所要時間を記録し、ほかの大問・科目との配分と、本人の答案を見て調整します。

教育機関の分析・実際に解いた人の見方から補う

教育機関の担当者による分析:Z会の大学受験担当者は第1問を[易]とし、必要な式はほぼ標準的で完答も可能な一方、計算は少々面倒なので、ミスなく素早く解答できるかで差がつくと分析しています。[Z会京大受験対策サイト]

教室運営者による解答後の感想:実際に問題を解いたおざき数理教室は、第1問を比較的取り組みやすい融合問題と評価しています。これは解答者としての見方で、受験者の得点分布ではありません。[おざき数理教室]

独自の解答例を公開した解答者の分析:独自の解答例を公開するmitty氏も、運動量とエネルギーの連立が繰り返し現れる点に注目しています。[mitty, Ph.D.]

PMDとしての学習へのつなぎ方:難しい公式を足すより、台の運動、速度の符号、合体後の条件を落とさない練習を優先したい問題です。同じ二つの保存則でも、対象と区間は同じではありません。式の型を覚えるだけでなく、どの系で成立するかを場面ごとに書き分けます。

2.比較の準備|どこまで進めた答案か

結論:比較するのは問1で、物体Aが右側の斜面台を最大の高さまで登る場面です。登る前の物体の速さvまでは求められたと仮定します。台が動けることを、最高点の状態とエネルギー式に反映できるかを見ます。

3.答案A|成立している部分と、足りない説明

結論:高さが最大になることを、床から見た完全な静止と取り違えています。

答案A|改善前・問1(説明用の架空答案)

物体が最高点に達すると速度が0になるので、(1/2)mv²=mgh′である。

固定された斜面ならこの考え方が使えます。しかし今回は台も動きます。最高点で0になるのは、物体と台の相対速度です。床から見ると両者が同じ水平速度で動き、運動エネルギーが残ります。

4.答案B|根拠を補って、結論までつなぐ

結論:最高点での共通速度を残し、水平運動量と力学的エネルギーを連立します。

答案B|改善後・問1(説明用の架空答案)

物体Aと右側の斜面台を一つの系とする。水平方向に外力はないので水平運動量が保存し、摩擦がないので力学的エネルギーも保存する。最高点ではAと台の相対速度が0なので、共通の速度をUとして mv=(M+m)U、(1/2)mv²=mgh′+(1/2)(M+m)U²。これより h′=Mv²/{2g(M+m)}。

観点 答案A 答案B
比較の出発点 物体が右側の台を登り始める前の速さvを求めている。 同じ。
不足・修正点 最高点での「相対速度0」を「床から見て静止」と取り違えている。系と保存則の根拠もない。 系・保存則の根拠・最高点の条件を書いたうえで連立している。
復習での確認 どの判断を省いたかを特定する。 その判断を自分で再現して書く。

5.設問別の解答・解説

結論:斜面、磁場、衝突を分け、場面が変わるたびに速度の符号と系を確認します。

(1)斜面台と物体の運動

(a)台が固定され、斜面が滑らかな場合:斜面方向の加速度の大きさはg sinθです。その鉛直下向き成分はg sin²θなので、上向きを正とする合力の鉛直成分は−mg sin²θ(ア)。斜面の長さはh/sinθなので、(1/2)(g sinθ)t²=h/sinθより、床に達するまでの時間はt=(1/sinθ)√(2h/g)(イ)。床へ滑らかに移った後の速さは、mgh=mv²/2より√(2gh)(ウ)です。

(b)台が動き、斜面に動摩擦がある場合:床上へ出た物体の速度をv₁、台の速度をu₁とすれば、水平運動量保存よりmv₁+Mu₁=0。したがってu₁=−(m/M)(エ)×v₁です。摩擦があっても系の水平運動量は保存されます。一方、力学的エネルギーは摩擦によって減ります。

(c)台も斜面も摩擦がない場合:mv+MU=0とmgh=mv²/2+MU²/2を連立すると、物体の速度はv=√{2Mgh/(M+m)}(オ)、台の速度はU=−(m/M)√{2Mgh/(M+m)}(カ)です。Uは符号付きの速度で、台は左向きに動きます。

問1:右側の台は、物体が登り始める直前には静止しています。最高点までの系を「物体+右側の台」として、答案Bの式が使えます。(c)のvを代入すると、h′={M/(M+m)}²hです。左側の台の運動エネルギーを、右側の台の運動へ再び加えてはいけません。

(2)磁場中の円運動

磁場は鉛直上向きで、物体Cは上から見て時計回りに回っています。たとえば円の最下点では速度が左向きで、このとき円の中心向きのローレンツ力を受けるのは正電荷です。よって電荷は①正(キ)。力の大きさはQVB(ク)、向心力の大きさはmV²/R(ケ)なので、V=QBR/m(コ)です。

磁気力は速度と垂直で仕事をしないため、この運動中の速さは一定です。電荷の符号は回転の向きで、半径の大きさはr=mV/(|Q|B)で判断します。正電荷は、速度の向きにかかわらず上から見て時計回りに回ります。

(3)(a)同じ質量の弾性衝突と、動く台への再上昇

問2:衝突前のAの速度は+v、点Pで円運動中のCは−V(左向き)。衝突後はそれぞれ180°反対向きにはね返るので、Aは−w、Cは+V₁です。運動量保存v−V=−w+V₁と反発係数1の式V₁+w=v+Vを連立すると、w=V、V₁=v。同じ質量の正面弾性衝突で速度が交換されます(出題意図が示すように、重心から見ても同じ結論になります)。

衝突後のCの円軌道の半径は、同じm、Q、Bなので、RV₁/V(サ)です。速度の向きが反転しても、電荷の符号は変わりません。

問3:左向きに速さuで動く台へ、左向きに速さwで動くAが追いつきます。最高点での共通の左向き速さをUとすると、mw+Mu=(m+M)U。エネルギー保存はmw²/2+Mu²/2=mgH+(m+M)U²/2です。

問3の結論

H=M(w−u)²/{2g(M+m)}

高さを決めるのは、台に対する相対的な運動です。台が動く条件を捨て、w²/(2g)としないようにします。

(3)(b)合体する衝突と、その後の軌道

合体したFの質量は2m、電荷はQです(Aの電荷は0)。運動量保存mv−mV=2m×(速度)より、衝突直後の速度は(v−V)/2(シ)。衝突前後の運動エネルギーの比は(v−V)²/{2(v²+V²)}(ス)で、v、Vが正なので(v−V)²<v²+V²となり、比は1/2より小さくなります。したがって④半分より減少(セ)です。合体を伴う衝突では力学的エネルギーを保存しません。

問4:v=3V/2ならFの速度は右向きV/4です。質量が2倍、電荷は元のままなので、半径は(2m)(V/4)/(QB)=R/2。Pを原点として図の上向きをy軸の正とすると、初速度が右向きなので磁気力は下向きです。中心(0, −R/2)、半径R/2の円を、上から見て時計回りに描きます。最下点はy=−Rで、Pは円の最上点です。

合体後も半径を速度の比だけで計算するとR/4としてしまいます。質量・速度・電荷を毎回表に書き出し、元の物体と何が変わったかを確認することが大切です。

衝突直前のC(速さV)衝突前のCの軌道中心(0, R)・半径RV/4P中心 (0, −R/2)(0, −R)合体後のFの軌道半径R/2・時計回りB(鉛直上向き)真上から見た図v=3V/2 のとき。Fは質量2m・電荷Q・速さV/4で、半径は(2m)(V/4)/(QB)=R/2。
図1 問4・合体後のFの軌道(本稿で作図)。問題の「例」に示された衝突前のCの軌道(破線)と比べると、中心がPの反対側に移り、半径が半分になったことがわかります。

空欄・設問の答え一覧(本稿の解答)

記号 答え 記号 答え
ア −mg sin²θ キ ①(正)
イ (1/sinθ)√(2h/g) ク QVB
ウ √(2gh) ケ mV²/R
エ −m/M コ QBR/m
オ √{2Mgh/(M+m)} サ RV₁/V
カ −(m/M)√{2Mgh/(M+m)} シ (v−V)/2
問1 h′={M/(M+m)}²h ス (v−V)²/{2(v²+V²)}
問2 w=V、V₁=v セ ④(半分より減少)
問3 H=M(w−u)²/{2g(M+m)} 問4 中心(0, −R/2)、半径R/2、時計回り(図1)
京都大学は物理第1問について出題意図のみを公表しており、上表は本稿で導出した解答です。

場面ごとの「系」と「保存則」の対応

場面 扱う系 使える保存則 使えない・注意する量
(1)(b)台が動く・斜面に摩擦 A+斜面台 水平運動量 力学的エネルギー(摩擦で減少)
(1)(c)・問1・問3 A+斜面台 水平運動量・力学的エネルギー 鉛直方向の運動量(重力・垂直抗力がはたらく)
(2)磁場中の円運動 C 速さ(磁気力は仕事をしない) 運動量(向きが変わり続ける)
(3)(a)弾性衝突 A+C(衝突の瞬間) 運動量・反発係数1 —
(3)(b)合体 A+C(衝突の瞬間) 運動量 運動エネルギー(半分より減少)

6.京大の採点で見られること|公表資料からわかる範囲

結論:採点基準は非公表ですが、出題意図と問題文の指示から「答案に必ず入れるべき要素」ははっきりしています。

京都大学は、答案の採点基準や部分点の配分を公表していません。公表されているのは、各科目の出題意図、問題冊子に記載された満点・配点、学部ごとの配点(募集要項・選抜要項)です。また「解答又は解答例等及び出題意図」では、解答例等を示した場合でも1つの解答例であり、これに限らないこと、質問や問い合わせには対応しないことが明記されています。そこで本節では、公表資料に書かれている観点を本問に当てはめ、答案で何を示せばよいかを整理します。部分点の点数は推定しません。

公表資料 書かれていること(要旨) 本問の答案で示すこと
出題意図(第1問全体) 斜面台をすべり落ちる運動、一様磁場中の荷電物体の円運動、衝突を題材に、運動量保存、力学的エネルギー保存、ローレンツ力と向心力、弾性衝突・完全非弾性衝突、反発係数などを扱う。 場面ごとに、どの保存則をなぜ使えるのかを書く。
出題意図(問1) 登り切ったときに両者の相対速度がゼロになることを使って高さを求める。 「最高点で相対速度0(共通速度U)」を明記してから連立する。
出題意図(問2・問3) 問2は重心から見るか反発係数を使うと計算が簡単になる。問3は移動する斜面台に小球が追いつく場合の高さを求める。 反発係数の式を正しい符号で立てる。問3は台の速さuを残す。
出題意図(問4) 質量や速さが変わっても、荷電物体の軌道を正しく作図できるかを問う。 質量2m・電荷Q・速さV/4から半径を計算し、中心・半径・向きを図に書く。
問題文の指示 空欄には式または数値、{ }からは番号を記入。問1は導出過程も含めて答え、問2・問3は導出過程も書く。問4は図5を描き写し、例にならって軌道の特徴がわかるように表し、運動の向きを矢印で示す。 空欄は結果だけ、問は過程まで。図には中心・半径(最下点)・矢印を入れる。
配点 物理は3問題・100点満点(大問別の配点は記載なし)。医学科は理科2科目を300点で評価。 1題の取りこぼしが理科全体に響く。

空欄ごと・問ごとの配点や、途中式に何点が付くかは公表されていないため、本稿では推定しません。ただし「導出過程も書くこと」と指示された問で結果だけを書くことは、指示された要素を欠く答案になります。

京大医学科の配点の中での位置

区分 内容(令和8年度入学者選抜要項より要約) 配点
大学入学共通テスト 6教科8科目。第1段階選抜は、共通テストの合計(英語はリーディング150点・リスニング50点に換算)が1000点満点中700点以上の者から、募集人員の約3倍まで 275点
個別学力検査 国語150点・数学250点・理科(2科目)300点・外国語300点 1000点
面接 医師・医学研究者としての適性や人間性などを評価。配点は数値で示されておらず、学科試験の成績にかかわらず不合格となることがあると明記 —
本問の位置 理科は各科目100点満点で、物理は3問題。医学科では理科2科目を300点で評価する —
2026年度の医学科(前期日程)は募集人員103人・志願者264人(志願倍率2.6倍)、合格者105人(京都大学「一般選抜出願状況と選考結果」)。

7.本番の時間配分と、途中答案の残し方

結論:(1)の固定・可動・摩擦ありを区別してから、(2)の電荷の符号と半径を処理します。後半は前の結果を利用しつつ、衝突前後の質量・電荷・速度を更新します。軌道の図示では中心・半径・進行方向の三点を先に記入します。

各場面の正しい立式と、その式が表す物体・区間を残します。空欄の答えと導出を求める設問は要求が異なるため、問題の指示を優先します。途中式の記載がそのまま何点になるかは、公表資料から決められません。

8.京大医学科を目指すなら、どこまで完成させたいか

結論:(1)(2)の基本式を確実にそろえ、問1・問3の共通速度と、合体後の質量・電荷を使った問4の図示まで完成させる。

対象 復習で到達したい状態
(1) 摩擦の有無と台の固定の有無を分け、水平運動量と力学的エネルギーを使い分ける。
問1・問3 最高点の共通速度を残して式を立てる。
(2)・問2 電荷の符号、同質量の速度交換、円軌道半径を結びつける。
(3)(b)・問4 合体後の質量2mを使い、中心・半径・回転方向を図示する。

物理以外の科目を含む2026年度京大医学部の分析は、京都大学医学部 科目別の入試傾向と対策にまとめています。

9.個別指導では、誤答から何を確認するか

結論:正答・誤答だけで終えず、知識、条件整理、立式、表現のどこを直すかを本人の答案から決めます。

保存則の式が立たない答案には、公式を追加する前に、対象とする物体に印をつけ、区間の前後を描いてもらいます。エネルギー式で台の項を落とす場合には、最高点で床から見た速度が残ることを口頭で説明してもらいます。

本人の誤りが符号なのか、系の選択なのか、合体後の質量なのかに応じて、短い演習を選びます。そのうえで本問を通し直し、場面が変わるたびに条件を書き直せるかを確認します。

10.次の答案で変えること

結論:式を書く前に「どの物体を、どの区間で扱うか」を一行で示す。

  • 最高点で物体と台が同じ水平速度になる理由を説明する。
  • 弾性衝突と合体する衝突で、保存する量を分ける。
  • 問4で質量2m・電荷Q・速度V/4を改めて書き、半径を計算する。
  • 「導出過程も書くこと」と指示された問では、系と保存則の根拠を一行入れる。

11.よくある質問

結論:本問を解き直す前に、次の疑問を確認してください。

Q.最高点なら、物体の速度を0としてよいですか?

A.動く台では、0になるのは台に対する相対速度です。床から見ると台と物体が共通の水平速度をもち、その運動エネルギーが残ります。京都大学の出題意図も、問1は登り切ったときに両者の相対速度がゼロになることを使って高さを求める問題だと説明しています。

Q.合体する衝突でもエネルギー保存を使えますか?

A.運動エネルギーは保存しません。本問では衝突前の総和の半分より小さくなります。衝突直後の速度は運動量保存から求め、その後の磁場中の運動では合体後の質量2mと電荷Qを使います。

Q.京大は物理の採点基準や部分点を公表していますか?

A.公表していません。物理第1問について公表されているのは出題意図で、空欄・設問ごとの解答例は示されていません。問題文には「導出過程も含めて答えよ」「軌道の特徴がわかるように表すこと」といった指示があるので、指示された要素を答案に必ず入れることが基本です。

Q.独自の解法なら、誤っていても部分点になりますか?

A.別解の妥当性と独創性は分けて確認します。正しく成立した考察は明確に残したいですが、独創的という理由だけで得点できるとは確認できません。

答案のどこで止まったかから、次の学習を決める。

PMDの京都大学医学部コースでは、講師と生徒の1対1で、現在の答案と学習状況を確認し、演習・添削・復習の進め方を一人ひとりに合わせて組み立てます。物理の答案を1枚お持ちいただければ、どこを直すべきかから一緒に確認します。

科目を絞った受講や、学校・他の学習環境との併用もご相談いただけます。オンラインでの受講にも対応しています。

参考資料・情報源の位置づけ

大学公表資料(問題・出題意図・配点)
教育機関の分析・解答者や受験者の振り返り

大学公表の出題意図と、本稿の独自解答・説明を区別しています。解答者の感想は個人の見方であり、受験者全体の傾向や医学科合格者の基準へ一般化していません。

執筆・監修

執筆・編集:PMD医学部専門予備校 講師チーム

監修:岩崎 陽一(株式会社アクト 代表取締役)。医学部受験指導に30年以上携わり、PMD医学部専門予備校をはじめ医療系各予備校の運営と学習設計を統括。

最終更新:2026年11月5日/企画:PMD医学部専門予備校(運営:株式会社アクト)