今回は須磨学園中学校の入試解説 ２０２１年度第３回 理科の過去問です。
もくじ
１ 植物のガス交換と生物多様性
植物のガス交換と生物多様性に関する問題です。問６では多様度指数という聞きなれない指標がでてきます。単なる知識ではなく理解力や思考力を試される、須磨中らしい問題です。
問１ 難易度：★★☆☆☆
気孔から水（水蒸気）が出ていくことを「蒸散」といいます。砂漠などの乾燥した環境に生息する植物は、なるべく気温の低い夜間に気孔を開いて余計な蒸散を防ぎます。
問２ 難易度：★★☆☆☆
「見た目やはたらきは異なっているが起源が同じもの」を相同器官といい、逆に「起源はちがうが見た目やはたらきが似ているもの」を相似器官といいます。
①ヒトの手とコウモリの翼
→ 相同器官です。
②サツマイモの食用部分とジャガイモの食用部分
→ サツマイモの食用部分は「根」にあたるのに対し、ジャガイモは「茎（地下茎）」なので、起源は違います。でも栄養を蓄え、種子なしで子孫を残すことができるという共通のはたらきがありますので、これらは「相似器官」です。
③トンボの羽とハヤブサの翼
→ どちらもはばたいて飛行するための器官ですが、起源が違うので「相似器官」です
④イソギンチャクの足ばんとヒヤシンスの根
→ 当然、起源は違いますし、働きも違います。見た目もそんなに似ているわけでもないのですぐに消去できます。
問３ 難易度：★★☆☆☆
須磨学園中によくある、理科で国語力・読解力を問う問題ですね。
「二酸化炭素は夜間にリンゴ酸として細胞内に蓄えられ，昼間に気孔を閉じ た状態で蓄えたリンゴ酸を分解し、細胞内で二酸化炭素を作り出し光合成をします」とあります。
よって、夜間は昼間に比べリンゴ酸が多く含まれています。リンゴ酸のように「〇〇酸」という名前がついている物質は、その名の通り酸っぱい味がします。よって③。
問４ 難易度：★★★☆☆
図の中で「葉の表に多く気孔をもつ」ことでメリットがありそうなのは、②浮葉植物です。
②【理由】空気に触れている葉の表に気孔を集める方がガス交換の効率が良いから。
問５ 難易度：★★☆☆☆
図２を見ると、地点Ａに比べて地点Ｂの方が、深くなっても明るさが保たれている、つまり光が深くまで届いていることが読み取れます。沈水植物も生育のためには光合成をすることが必要なので、より深くまで生育できるのは地点Ｂです。
問６ 難易度：★★★★☆
（ａ）例にしたがって多様度指数を計算すると、
多様度指数＝１－（\frac{20}{100}×\frac{20}{100}＋\frac{50}{100}×\frac{50}{100}＋\frac{10}{100}×\frac{10}{100}＋\frac{10}{100}×\frac{10}{100}＋\frac{10}{100}×\frac{10}{100}）
＝１－（\frac{4}{100}＋\frac{25}{100}＋\frac{1}{100}＋\frac{1}{100}＋\frac{1}{100}）
＝０.６８
（ｂ）３００個体の水生植物が、４種にどのように割り振られると「多様度指数」が大きくなるかを試算してみましょう。
・１種だけ多い場合（２１０個体、３０個体、３０個体、３０個体）
１－（\frac{210}{300}×\frac{210}{300}＋\frac{30}{300}×\frac{30}{300}＋\frac{30}{300}×\frac{30}{300}＋\frac{30}{300}×\frac{30}{300}） ＝０.４８
・２種が多い場合（１２０個体、１２０個体、３０個体、３０個体）
１－（\frac{120}{300}×\frac{120}{300}＋\frac{120}{300}×\frac{120}{300}＋\frac{30}{300}×\frac{30}{300}＋\frac{30}{300}×\frac{30}{300}） ＝０.６６
・１種だけ少ない場合（９０個体、９０個体、９０個体、３０個体）
１－（\frac{90}{300}×\frac{90}{300}＋\frac{90}{300}×\frac{90}{300}＋\frac{90}{300}×\frac{90}{300}＋\frac{30}{300}×\frac{30}{300}） ＝０.７２
・個体数が均等にくらしている場合（全種７５個体ずつ）
１－（\frac{75}{300}×\frac{75}{300}＋\frac{75}{300}×\frac{75}{300}＋\frac{75}{300}×\frac{75}{300}＋\frac{75}{300}×\frac{75}{300}） ＝０.７５
このように、同じ４種でも個体数のかたよりが少なければ少ないほど、多様度指数が大きくなることが分かります。よって、最もかたよりのない、均等に全種７５個体くらしているときが最も多様度指数が大きく、０.７５となります。
２ 電気分解
電気分解に関する問題です。設問８つのうち、４つが比例を使った問題です。比例の考え方をしっかり身に付けられているかがカギです。
問１ 難易度：★☆☆☆☆
気体Ａはポンと音を立てて燃えたことから、水素です。
気体Ｂは線香を激しく燃やしたことから、酸素です。
問２ 難易度：★★☆☆☆
純粋な水はほとんど電流が流れません。ここに食塩や水酸化ナトリウムなどの「電解質」と呼ばれる物質を溶かすと電流がよく流れるようになります。１５字ではあまりたくさんのことは説明できませんね。シンプルに答えましょう。
電流が流れやすくするため。（１３字）
問３ 難易度：★★☆☆☆
図３のグラフより発生した気体Ａと気体Ｂの体積比は２：１であることがわかります。また、
Ａの密度：Ｂの密度＝０．０９：１．５＝３：５０
なので、発生した気体の重さの比は、
Ａの重さ：Ｂの重さ＝３×２：５０×１＝６：５０＝３：２５
問４ 難易度：★☆☆☆☆
図３のグラフをみると、５分間の電気分解で気体Ａが２５㎖、気体Ｂが１２.５㎖発生することが分かります。なので、３分間で発生する気体Ｂの体積は、
１２.５×\frac{３}{５}＝７.５（㎖）
問５ 難易度：★★★☆☆
０.８倍の電流の大きさで電気分解をして４０㎖の気体Ａが発生しているので、もし同じ時間、元の電流の大きさで電気分解していれば、４０÷０.８＝５０（㎖）の気体Ａが発生していたことになります。
また 元の電流の大きさで の５分間の電気分解で気体Ａの発生が２５㎖なので、１０分間電気分解していることになります。
問６ 難易度：★★★☆☆
電流の大きさを変えたとしても、発生する気体Ａと気体Ｂの体積比が変化することはありません。
【実験２】で気体Ａが２５㎖、気体Ｂが１２.５㎖発生しています。【実験３】では【実験】と比べて電流の大きさを２倍、時間を \frac{２}{５}倍にしているので、追加で発生する気体Ａの体積は、
２５×２×\frac{２}{５}＝２０（㎖）
よって、グラフは左のようになります。
問７ 難易度：★★☆☆☆
電気分解を続けると、そこに含まれる塩素と水よう液の外に出てしまい、塩化銅の濃度は低くなります。それにより、水よう液の青色は薄くなります。
（理由）電気分解により水よう液の濃度が低くなるから。（２２字）
問８ 難易度：★★☆☆☆
塩素は水に溶けてしまうので、問題のような装置ではほとんど集めることができません。
発生した塩素が水に溶けてしまうため。（１８字）
３ 振り子の周期と軌道
振り子の周期と軌道に関する問題です。難しい内容ではありますが、問題文でしっかり誘導してくれていますので、長くても飛ばさずていねいに読むくせをつけましょう。問６は軌道の図から前後・左右の周期を読み取る必要があり、難問だと思います。
問１ 難易度：★☆☆☆☆
（力学的エネルギー）＝（位置エネルギー）＋（運動エネルギー）
力学的エネルギーは外部から力を加えられない限り一定となります。位置が低いほど運動エネルギーは大きくなります。
つまり、①の高さまで持ち上げたおもりを離すと、位置エネルギーが減っていき、その分運動エネルギーが大きくなります。そして、一番下の③でのおもりの速さは最大となります。③を過ぎたおもりは、運動エネルギーが減っていき、位置エネルギーが大きくなります。
よって、速度は、③＞④＞②＞①
問２ 難易度：★★☆☆☆
（ａ）振り子の実験では、ストップウォッチを押すタイミングなどによって誤差が生まれます。１０往復で測る場合、１往復で測る場合と比べて、誤差を１０分の１にすることができます。
【解答】
ストップウォッチを押すタイミングのズレによる誤差を小さくするため。
（ｂ）表１より、長さ６０ｃｍの振り子が１０往復するのにかかる時間は１５.５秒なので、１往復に必要な時間（周期）は１.５５秒。
問３ 難易度：★★☆☆☆
図２のような振り子装置では、１００ｃｍの糸が途中でくぎに引っかかると、そこから４０ｃｍの振り子として振る舞います。
そのとき、力学的エネルギーはそのまま保持されるので、おもりは手を離した高さまで上がります。
上の図のように、①→②→③→④→①…の順で振り子が振れるとき、①と④の間は１００ｃｍの振り子と同じ、②と③は４０ｃｍの振り子と同じ動きをします。よって、この振り子の周期は、１００ｃｍと４０ｃｍの振り子のそれぞれの周期の半分を足したものになります。
よって、２０÷１０÷２＋１２.５÷１０÷２＝１.６２５（秒）
問４ 難易度：★☆☆☆☆
問題文の説明をしっかり読みましょう。
「前後の方向におもりをもち上げてそっとはなすと、ＡとＢの長さを合わせた１２０ｃｍのふり子として前後にふれました」とありますので、前後にのみふれさせたときの周期は表１より、
２２÷１０＝２.２（秒）
また「左右の方向におもりをもち上げてそっとはなすと、３０ｃｍのふり子としてＡの部分だけが左右にふれました」とありますので、左右にのみふれさせたときの周期は表１より、
１１÷１０＝１.１（秒）
問５ 難易度：★★★☆☆
図５を見ると、左前Ｄを出発してＥを通り、左後に至ったたのち、またＥを通ってＤに戻ります。
この動きの間に、左右の動きだけを見ると２往復しているいて、前後の動きは１往復であることが分かります。これは、問４で求めた前後の動きの周期が左右の動きの周期の２倍であることと対応しています。
ＤからＥまでの動きを考えると左右の周期の半分であり、前後の周期の４分の１です。
よって、Ｄで おもりをはなしてからＥを初めて通過するまでの時間は、
１.１÷２＝０.５５（秒）
問６ 難易度：★★★★☆
問５で分かったように、「どのような軌道を描くのか」と「左右・前後の周期の比」は深く関連しています。
選択肢①～⑥の図について、点Ｄを出発してから再び点Ｄに戻るまでに左右・前後でそれぞれ何往復しているかを整理すると、以下の赤字のようになります。
（ａ）ＡとＢを合わせた長さが１８０ｃｍなので、前後の周期は２.７秒だと分かります。また、Ａの長さが２０ｃｍなので、左右の周期は０.９秒だと分かります。
（前後の周期）：（左右の周期）＝３：１なので、前後に１往復している間に左右に３往復している④を選べば良いことになります。
（ｂ）ＡとＢを合わせた長さが１８０ｃｍなので、前後の周期は２.７秒、Ａの長さが８０ｃｍなので、左右の周期は１.８秒だと分かります。
（前後の周期）：（左右の周期）＝３：２なので、前後に２往復している間に左右に３往復している③を選べば良いことになります。
４ 飽和水蒸気量とフェーン現象
気候に関する問題です。フェーン現象はもはや定番のテーマですね。取っつきにくい内容だとは思いますが、この機会にカンペキにしておきましょう。
問１ 難易度：★☆☆☆☆
雨を降らせる雲は「積乱雲」と「乱層雲」です。「乱」の字がつくと雨を降らせると覚えましょう。
問２ 難易度：★★☆☆☆
① 空気があたたまると、空気が膨張し軽くなって上昇気流が発生します。
② つめたい空気へあたたかい空気が押し寄せると、あたたかくて軽い空気が上昇します。
③ 山などに風がふきつけると上昇します。
④ 高気圧では下降気流が発生します。だから雲ができにくいんでしたね。
⑤ 台風の目では下降気流が発生しますが、その周りでは上昇気流が発生しています。
問３ 難易度：★★☆☆☆
グラフのままだとよくわからないので、①～④の空気について文章で表した方が分かりやすいかもしれません。
① １０℃の空気であり、５℃まで冷やすと水滴が出始めた。
② １０℃の空気であり、冷やしはじめてすぐに水滴が出始めた。
③ １５℃の空気であり、冷やしはじめてすぐに水滴が出始めた。
④ １５℃の空気であり、５℃まで冷やすと水滴が出始めた。
このように整理すると、５℃まで冷やしたときに最も多くの水が出るのは明らかに③だと分かりますね。
問４ 難易度：★★☆☆☆
雲は「水蒸気を含む空気が上昇気流によって上昇し、気温が下がることによって水蒸気が水滴や氷に変わる」ことでできます。
よって図中の□は水蒸気だと分かり、〇と☆が水滴か氷ということになります。より高いところにある方が気温も低くなるので☆が氷、〇が水滴だと分かります。よって、⑤。
問５ 難易度：★★★☆☆
ＢＣ間は雲の影響を考える必要がないので、２０００ｍ下る過程で１００ｍにつき１℃上がります。
Ｃは２５℃なので、Ｂの気温は、２５ー２０×１＝５℃
問６ 難易度：★★★☆☆
（ア）雲つぶをふくまない（１００ｍあたり１℃下がる）上昇
（イ）雲つぶをふくむ（１００ｍあたり０.５℃下がる）上昇
ＡからＢまで、（ア）と（イ）で合計２０００ｍ上昇することで１５℃下がります。これはつるかめ算ですね。
つるかめ算を解くと、雲つぶをふくまない上昇１０００ｍと雲つぶをふくむ上昇１０００ｍだと分かります。よって雲ができ始めたのは標高１０００ｍです。
山の斜面を空気が上昇すると空気は冷やされます。これがしめった空気で雲をつくりながらだと温度が下がりにくくなります。
雲をつくり雨を降らせることは「空気がもっていた水蒸気を山の斜面に落としていくこと」です。山頂に到達した時点で、水蒸気はかなり失われています。この空気が反対側に下りるときには温度が上昇していきます。このときの温度変化の幅は雲をつくっていないときと同じなので、山を上るときよりも大きくなります。だから、山の下では登る前よりも温度は高く乾燥した空気になっています。これが「フェーン現象」です。
問７ 難易度：★★★☆☆
標高１０００ｍまで上昇したときに雲ができ始めるので、 Ａ地点における空気の露点は１０℃で、グラフより含まれる水蒸気量は９ｇ/㎥です。
Ａ地点（２０℃）における飽和水蒸気量は１７ｇ/㎥なので、
（Ａ地点の湿度）＝\frac{９}{１７}×１００≒５３（％）
Ｂ地点（５℃）までは雲ができているので飽和水蒸気と同じ水蒸気をもっています。この空気がＣ地点（２５℃）までやってきます。
グラフよりＢ地点（５℃）の飽和水蒸気量は７ｇ/㎥、Ｃ地点（２５℃）の飽和水蒸気量は２２.５ｇ/㎥です。よって、
（Ｃ地点の湿度）＝\frac{７}{２２.５}×１００≒３１（％）
※ グラフがかなり半端なところを示しているので模範解答と異なるかもしれません。
