大問5　物理

問題文

Kさんは、電流が磁界から受ける力による物体の運動について調べるために、次のような実験を行った。 これらの実験とその結果について、あとの各問いに答えなさい。 ただし、実験に用いるレールや金属製の棒は磁石につかないものとする。 また、レールと金属製の棒との間の摩擦、金属製の棒にはたらく空気の抵抗は考えないものとする｡

【実験】
図1のように、金属製のレールとプラスチック製のレールをなめらかにつないだものを2本用意し、水平な台の上に平行に固定した。 次に、金属製のレールの区間PQに、同じ極を上にした磁石をすき間なく並べて固定した。 また、金属製のレールに電源装置, 電流計, スイッチを導線でつないだ。 金属製の棒(以下金属棒という)をPに置き、 電源装置の電圧を4.0Vにしてスイッチを入れ、 金属棒の運動を観察したところ、 金属棒は区間PQで速さを増しながら運動し、Qを通過したあと、やがてRに達した。

(ア)

【実験】において金属棒が区間PQを運動しているとき、金属棒に流れる電流がつくる磁界の向きを表す図として、最も適するものを次の1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。ただし、1~4の図において左側にPがあるものとする。

(イ)

【実験】において金属棒が区間PQを運動しているとき、金属棒にはたらく力を表す図として最も適するものを次の1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。ただし、同一直線上にはたらく力であっても、矢印が重ならないように示してある。また、1~4の図において左側にPがあるものとする。

(ウ)

Kさんは、【実験】における金属棒の運動を、区間PQでは一定の割合で速くなる運動、区間QRでは一定の速さの運動だと考え、時間と速さの関係を図2のように表した。なお、点Aは、金属棒Qに達したときの時間と速さを示している。電源装置の電圧を6.0Vに変えて【実験】と同様の操作を行ったものとして最も適するものを次の1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。ただし、1~4には図2の点Aを示してある。また、回路全体の抵抗の大きさは【実験】と同じであるものとする。

(エ)

Kさんは、【実験】の装置が電気エネルギーから力学的エネルギーへの変換装置になっていることに気がつき、その変換効率を求めるために次の 【実験計画】を立てた。【実験計画】中の(　)にあてはまる式として最も適するものをあとの1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

【実験計画】
図3のように, 【実験】で用いたレールと磁石が固定された台を傾けて斜面をつくる。【実験】と同様にレールには電源装置, 電流計, スイッチがつながれているが,図3ではそれらを省略してある。 電源装置の電圧を V[V] にしてスイッチを入れ、重さW[N] の金属棒をPに置き,静かに手を離す。 金属棒が,Pからの距離と高さがそれぞれL [m] とH[m] であるQまで斜面を上るのにかかった時間がt [s] であり,その間に流れた電流がI[A] で一定であったとする。このとき,電気エネルギーがすべて位置エネルギーに変換されたとすると,変換効率は次の式で求められる。
変換効率 [%] = (　) × 100

解答・解説

(ア)　3

右ねじの法則を用いる。

(イ)　2

フレミングの左手の法則を用いる。

(ウ)　3

電圧を上げれば力が強くなるので、点Aよりも、速度が速くなり、短時間で到達するはずである。

(エ)　1

エネルギーの変換効率は$\frac{変換後のエネルギー量}{変換前のエネルギー量}\times100$で求められる。
変換前のエネルギーはIVt、変換後のエネルギーはWHである。

大問6　化学

問題文

Kさんは、酸化物から酸素を取り除く化学変化について調べるために、次のような実験を行った。また、このような化学変化が利用されている例として、製鉄所での製鉄について調べた。これらについて、あとの各問いに答えなさい。ただし、【実験】において、酸化銅と炭素粉末との反応以外は起こらないものとする。

【実験】
図1のような装置を用いて、酸化銅1.0gと炭素粉末0.30gの混合物を試験管Aに入れて加熱したところ、反応が起こり、気体が発生して試験管B内の石灰石が白く濁った。反応が完全に終わったところで加熱をやめ、試験管Aをよく冷ましてから試験管A内にある固体の質量を測定し、質量保存の法則を用いて、発生した気体の質量を求めた。

次に、炭素粉末の質量は0.30gのまま変えずに、試験管Aに入れる酸化銅の質量を2.0g ,3.0g ,4.0g ,5.0g ,6.0gと変えて同様の操作を行い、発生した気体の質量を求めた。図2は、これらの結果をまとめたものである。

【製鉄所での製鉄について調べたこと】
私たちの生活に使われている鉄は、製鉄所で鉄鉱石（酸化鉄）から酸素を取り除くことによって製造されている。
図3のように、高炉に鉄鉱石と、石炭を蒸し焼きにしてできるコークス（炭素）などを入れ、熱風を吹き入れて1500℃以上に加熱すると、酸化鉄がコークスから生じる一酸化炭素と反応して、鉄と二酸化炭素ができる。

(ア)

【実験】の図2中に(ⅰ)と(ⅱ)で示した酸化銅の質量の範囲において、反応が完全に終わったときに試験管A内にある固体はそれぞれ何であると考えられるか。(ⅰ)と(ⅱ)について最も適するものを次の1~4中からそれぞれ一つずつ選び、その番号を答えなさい。

1. 銅
2. 酸化銅と銅
3. 炭素粉末と銅
4. 酸化銅と炭素粉末と銅

(イ)

【実験】において、酸化銅6.0gと炭素粉末0.30gの混合物を加熱したときにできる銅の質量として最も適するものを次の1~5の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

1. 2.9g
2. 3.2g
3. 4.0g
4. 4.8g
5. 5.2g

(ウ)

次の文は【製鉄所での製鉄について調べたこと】における下線部の反応についてKさんがまとめたものである。(ⅰ)文中の(X),(Y)にあてはあｍるものの組み合わせ、(ⅱ)文中の(Z)もあてはまるものとして最も適するものをそれぞれの選択肢の中から一つずつ選び、その番号を答えなさい。

この反応では、酸化鉄が一酸化炭素によって(X)されて鉄ができ、同時に一酸化炭素が(Y)されて二酸化炭素ができる。このように(X)と(Y)が同時に起こる化学変化の例として、【実験】でみられた化学変化のほかに、(Z)化学変化が挙げられる。

（ⅰ）　文中の(X),(Y)にあてはまるものの組み合わせ

1. X：酸化　Y：還元
2. X：還元　Y：酸化

（ⅱ）　文中の(Z)にあてはまるもの

1. 火をつけたマグネシウムリボンを二酸化炭素と反応させて、炭素と酸化マグネシウムができる
2. 炭酸水素ナトリウムを空気中で加熱して、炭酸ナトリウムと水と二酸化炭素ができる
3. 水酸化バリウム水溶液に硫酸を加えて、水と硫酸バリウムができる

(エ)

【製鉄所での製鉄について調べたこと】について、Kさんは下線部の反応式中の(あ),(い)に入れる数字の組み合わせとして最も適するものをあとの1~6の中から一つ選び、その番号を答えなさい。ただし、1~6において、(あ),(い)に数字を入れる必要がない場合は「空欄」としてある。

Fe₂O₃+(あ)CO→2Fe+(い)CO₂

1. あ：空欄　い：空欄
2. あ：空欄　い：2
3. あ：2　い：2
4. あ：2　い：3
5. あ：3　い：空欄
6. あ：3　い：3

解答・解説

(ア)　(ⅰ)　3　(ⅱ)　2

酸化銅4.0gになるまでは、炭素が余り、酸化銅が4.0gより多くなると、酸化銅が余る。

(イ)　2

酸化銅が4.0gの時に過不足なく反応するので、質量保存の法則より
$4.0+0.3-1.1=3.2g$

(ウ)

（ⅰ）　2

（ⅱ）　1

(エ)　6

2は熱による分解、3は中和の反応である。

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大問7　生物

問題文

Kさんは気孔のはたらきや性質について調べるために、次のような実験を行った。これらの実験とその結果について、あとの各問いに答えなさい。

【実験】
図のように、水を入れたメスシリンダーにアジサイをさして、メスシリンダー内の水の蒸発を防ぐために少量の油で水面を覆った装置を6個つくり、次の条件①や条件②を変えたものを装置A～Fとした。

条件①　アジサイに、気孔をふさぐためのワセリンを塗る部分
条件②　装置を放置する場所

装置A～Fをしばらく放置し、メスシリンダー内の水の減少量を調べた。その後、すべての葉からワセリンを取り除き、葉を脱色してヨウ素液と反応させ、青紫色に染まるかどうかを調べた。

表1は、装置A～Fにおける条件①、②と実験の結果をあわせてまとめている途中のものである。なお、装置A～Fに用いたアジサイは、葉の大きさや枚数、茎の太さや長さがほぼ同じであり、実験前に暗室で1日放置したものである。また、装置A～Fを放置した場所は、いずれも気温や温度がほぼ同じであり、風通しが良い場所である。

【表1】

(ア)

次の文は、植物が物質を運ぶ管についてKさんがまとめたものである。文中の(X)(Y)(Z)にあてはまるものの組み合わせとして最も適するものをあとの1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

植物が生きるために必要な物質を運ぶ管は2種類ある。根から吸い上げた水や養分は(X)を通って運ばれ、葉でつくられた栄養分は(Y)を通って運ばれる。これらの管は数本が束になっており、この束を維管束という。アジサイの茎を輪切りにした場合、維管束は(Z)。

1. X：道管　Y：師管　Z：輪のように並んでいる
2. X：道管　Y：師管　Z：散在している
3. X：師管　Y：道管　Z：輪のように並んでいる
4. X：師管　Y：道管　Z：散在している

(イ)

表1から、アジサイに日光をあれら時の葉の裏側からの蒸散量は何cm³だと考えられるか。最も適するものを次の1～6の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

1. 1.8cm³
2. 2.0cm³
3. 2.2cm³
4. 7.8cm³
5. 8.0cm³
6. 8.2cm³

(ウ)

Kさんは、【実験】の装置C~Fの結果から、ワセリンや日光の有無と、蒸散や光合成との関係について整理し、気孔のはたらきや性質について考察した。表2は、Kさんが装置C～Fのうち2つの装置の結果を比較してわかることをまとめている途中のものである。

【表2】

(ⅰ)　表2中の(あ)(い)に最も適するものを次の1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

1. 装置Cと装置D
2. 装置Cと装置F
3. 装置Dと装置F
4. 装置Eと装置F

(ⅱ)

次の文中のa~dのうち、装置C~Fの結果から気孔のはたらきや性質について考察できることとして最も適するものをあとの1~6の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

a.葉の気候の数は、表面よりも裏面の方が多い。
b.気孔には、日光が当たると開き、日光が当たらないと閉じる性質がある。
c.光合成が行われるための気体の出入りは、気孔を通して行われる。
d.光合成には、根から吸い上げた水と、気孔から取り入れた水の両方が使われる。

1. aとb
2. aとc
3. aとd
4. bとc
5. bとd
6. cとd

解答・解説

大問8　地学

問題文

Kさんは、地層の成り立ちについて調べるため、次のような実験を行った。また、いくつかの地域の露頭を観察した。これらについて、あとの各問いに答えなさい。

【実験】
次の図1のように、水を入れた容器を傾けて固定し、容器にれき、砂、泥を混ぜてつくった土砂をのせ、土砂の上から洗浄びんで水をかけて、土砂の流され方を調べた。図2は、水をかけ終わったあとの土砂の堆積のようすを真上から観察してスケッチしたものである。

【観察】
それぞれ異なる地域にある露頭X、露頭Yを観察した。図3と図4はそれぞれ露頭Xと露頭Yのスケッチである。

(ア)

【実験】の図2を参考にして、実際に河口から海に流れ込んだれき、砂、泥が堆積したようすを表す図として最も適するものを次の1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

(イ)

次の文は、図3の露頭Xにみられる地層の成り立ちについてKさんがまとめたものである。文中の(あ)(い)にあてはまるものの組み合わせとして、最も適するものを次の1~8の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

露頭Xにみられる地層の成り立ちを、海水面の変動と関連づけて考える。この地層に上下の逆転がないとすると、D層が堆積した場所は河口から(あ)場所にあり、その後、海水面が(い)ことで堆積した場所の河口からの距離が変化し、C層、B層、A層が堆積したと考えられる。

1. あ：遠い　い：上昇し続けた
2. あ：遠い　い：上昇し続けたのち、下降した
3. あ：遠い　い：下降し続けた
4. あ：遠い　い：下降し続けたのち、上昇した
5. あ：近い　い：上昇し続けた
6. あ：近い　い：上昇し続けたのち、下降した
7. あ：近い　い：下降し続けた
8. あ：近い　い：下降し続けたのち、上昇した

(ウ)

図4の露頭Yにみられる断層やしゅう曲は、地層のどのような力が働いてできたと考えられるか。最も適するものを次の1~4の中から一つ選び、その番号を答えなさい。

1. 露頭Yの断層としゅう曲はどちらも、地層を押す力がはたらいてできた。
2. 露頭Yの断層としゅう曲はどちらも、地層を引く力がはたらいてできた。
3. 露頭Yの断層は地層を押す力がはたらいてでき、しゅう曲は地層を引く力がはたらいてできた。
4. 露頭Yの断層は地層を引く力がはたらいてでき、しゅう曲は地層を押す力がはたらいてできた。

(エ)

Kさんは、露頭の観察以外にも, ボーリング調査によって地層について調べられることを知り, 【観察】とは異なる地域で行われたボーリング調査の試料を観察した。 図5は、この調査が行われた地域の等高線と標高を示している。また,図6は、図5のP, Q R の各地点で行われた調査をもとにつくった柱状図である。図5のS地点でボーリング調査を行った場合, 図6の火山灰を含む層は地表から何mの深さに出てくると考えられるか。 最も適するものをあとの1~6の中から一つ選び, その番号を答えなさい。 ただし,この地域の地層は水平であり、地層の上下の逆転やしゅう曲および断層はないものとする。 また, 火山灰を含む層はいずれも同時期に堆積したものとする。

1. 5ｍ
2. 10ｍ
3. 15ｍ
4. 20ｍ
5. 25ｍ
6. 30ｍ

解答・解説

(ア)　3

図2より、4は不適とすぐわかる。地層は粒が小さいものほど河口から遠ざかるので、3が最適。

(イ)　6

れき層があったときは海水面からは近いはずである。その後、砂→泥なので上昇しているが、再び砂に戻っているので、のちに下降したことが分かる。

(ウ)　1

逆断層になっていることと、しゅう曲はそもそも押す力でしかできない。

(エ)　4

標高80ｍの地点Ｐにおける火山灰を含む層の上端の標高は$80-10=70m$
「この地域の地層が水平」とあるので、標高90ｍの地点Sでも地点Pの火山灰を含む層が見れるので
$90-70=20m$

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