以下の 1 から 32 にあてはまる最も適切な答えを各解答群から1つ選 び,解答用紙(マークシート)にマークせよ。ただし,同じ番号をくり返し選んでもよ い。数値を選ぶ場合は最も近い値を選ぶものとする。
!
* 図1のように,なめらかな水平面上に置かれた軽いばねの一端を固定し,他端に質量mの小球をつけた。x軸を水平面上にとり,小球が静止しているときのばねの長
さを,自然の長さ(自然長)とする。静止している小球をx軸方向にLだけ変位させ
てから静かにはなすと,小球はx 軸上を左右に振動した。このとき,小球は角振動
数ω の単振動をしたので,ばねのばね定数は, 1 である。この単振動で,
小球がもつ運動エネルギーの最大値は, 2 である。ただし,ばねはフックの
法則が成立する範囲内で伸び縮みする。
x
図1
1 の解答群
! 12mω2 " mω2 # 2mω2 $ 2π ω2 % πω2
& 2πω2 ' 2π mω2 ( πmω2 ) 2πmω2
2 の解答群
! 12mω2L2 " mω2L2 # 2mω2L2 $ 12mωL2 % mωL2
& 2mωL2 ' 2π mω2L2 ( πmω2L2 ) 2πmω2L2
物
理
3月9日実施
*
x 軸上で一直線となるように置いた。それぞれのばねの一端は壁に固定されており,
他端は質量mの小球A,Bがつけられている。小球が静止しているときのばねの長
さを,自然の長さ(自然長)とする。そして,一直線上に置かれた2本のばねのそれ
ぞれが自然の長さのときに,小球Aと小球Bが接するようにした。このときの2つ
の 小 球 の 位 置 を,は じ め の 位 置 と す る。ば ね 定 数 は,ば ねaがk1,ば ねbが k2(k1>k2)とする。なお,2つの小球はx軸上を運動し,ばねはフックの法則が成 立する範囲内で伸び縮みする。
A
O
B
a b
x
k1 k2
図2
a)まず,はじめの位置で静止している小球Aと小球Bをつなげて,はなれること
なく一緒に動くようにした。ここで,つなげた2つの小球をABとよぶ。そして,
ABをはじめの位置からx軸の正の向きに,大きさx0(x0>0)だけ変位して静止
させた。このとき,ばねaに蓄えられた弾性エネルギーの大きさは, 3 で
ある。その後,ABを静かにはなすと,ABは単振動をした。単振動をするABの
最大の速さは 4 であり,単振動の周期は 5 である。
3 の解答群
! 12mk1x02 " mk1x02 # 2mk1x02 $ 1
2k1x02 % k1x02
4 の解答群
" "k1−k2
m x0 # " k1+k2
m x0 $ " k1−k2
2m x0 % " k1+k2
2m x0
& "2(k1−k2)
m x0 ' "
2(k1+k2)
m x0 ( " m
k1−k2 x0 ) " m k1+k2 x0
5 の解答群
" 2π
"
m
k1−k2 # 2π" m
k1+k2 $ 2π" k1−k2
m % 2π" k1+k2
m
& 2π
"
2m
k1−k2 ' 2π" 2m
k1+k2 ( 2π" k1−k2
2m ) 2π" k1+k2
2m
b)次に,図2において,はじめの位置で静止している小球Aと小球Bを,x軸上
をそれぞれ独立に動くようにした。そして,はじめの位置で静止していた小球A
を,x軸の負の向きに大きさx1(x1>0)だけ変位させてから静かにはなした。す ると,小球Aはx軸の正の向きに動いて小球Bと衝突した。衝突直前の小球Aの
速さvAは,vA= 6 である。2つの小球のはねかえり係数(反発係数)を
e(0≦e≦1)とすると,衝突直後の小球Aの速度は 7 ×vAで,小球Bの
速 度 は 8 ×vAで あ る。こ の 衝 突 の 後 に ば ねbは,自 然 の 長 さ か ら
8 × 9 まで縮む。はねかえり係数がe=1であるとすると,2つの
小球がこの衝突から次に衝突するまでにかかる時間は, 10 である。
6 の解答群
" " k1
2m x1 # " k1
m x1 $ " 2k1
m x1 % !k1x1 & " k1 2 x1
' "2mk1 x1 ( " m
k1 x1 ) " 2m
k1 x1 * " 1
" 2e # e $ 1+e
2 % (1+e) & − e 2
' −e ( 1−e2 ) (1−e) * e−12 ! (e−1)
9 の解答群
" !k2x1 # " 1
k2 x1 $ !k1+k2x1 % " 1 k1+k2 x1
& "k1
k2 x1 ' " k2
k1 x1 ( " k1
k1+k2 x1 ) " k2 k1+k2 x1
10 の解答群
" 2π "m
k2 # π" m
k2 $ 3π
2 "
m
k2 % 2π" m k2
& 2π" m
k1+k2 ' π" m
k1+k2 ( 3π
2 "
m
&
圧力P0〔N/m2〕で温度T0〔K〕の大気中に,図のように円形の平行板コンデンサーが, 絶縁体の十分長い円筒形シリンダーに垂直に取り付けられている。コンデンサーの極板 の面積はS〔m2〕である。コンデンサーの極板Aは,シリンダーに気密性を保ちながら固定されている。極板Bは,常に極板Aと平行であり,気密性を保ちながらシリン
ダー内をなめらかに動くことができる。このコンデンサーの2つの極板の極板間距離は, 常に極板の直径に比べて十分小さいものとする。シリンダーと2つの極板に囲まれた領 域には,誘電率がε〔C2/(N・m2)〕の理想気体が封入されている。この理想気体は常に
大気と熱平衡状態に保たれており,誘電率は温度や圧力に依存しないとする。はじめ, シリンダー内の気体の圧力はP0〔N/m2〕,温度はT0〔K〕であった。
V R
スイッチ
A B
S
x0
' はじめ,コンデンサーには電荷は蓄えられておらず,極板間距離はx0〔m〕であっ
た。このときのコンデンサーの電気容量は, 11 〔F〕である。コンデンサーの
極板間距離が変化しないように極板Bを固定してから,内部抵抗が無視できる起電
力V〔V〕の電池,R〔Ω〕の抵抗値をもつ抵抗,スイッチを図のように接続した。ス
イッチを入れてから十分時間が経過した後に,コンデンサーに蓄えられた電気量は, 12 〔C〕である。コンデンサーを充電する過程に お い て,抵 抗 で 発 生 し た
ジュール熱は,導線の抵抗を無視すると 13 〔J〕である。
11 の解答群
! ε4S
x0 " ε 2S
x0 # ε S
x0 $ ε S
" ε4SV
x0 # ε 2SV
x0 $ ε SV
x0 % ε SV
2x0 & ε SV 4x0
' ε4SV 2
x0 ( ε 2SV2
x0 ) ε SV2
x0 * ε SV2
2x0 ! ε SV2 4x0
13 の解答群
" ε4SV
x0 # ε 2SV
x0 $ ε SV
x0 % ε SV
2x0 & ε SV 4x0
' ε4SV 2
x0 ( ε 2SV2
x0 ) ε SV2
x0 * ε SV2
2x0 ! ε SV2 4x0
- その後,スイッチを切り,さらに極板Bの固定をはずして,シリンダー内をなめ
らかに動くようにした。すると極板Bはゆっくりと動いて,極板間距離がx1〔m〕の 位置で静止した。極板間の電場は,2つの極板の電荷がそれぞれつくる電場の重ね合 わせによって得られると考えてよい。したがって,このコンデンサーに蓄えられた電 気量がQ〔C〕,極板間距離がx1〔m〕のとき,2つの極板間にはたらく電気力の大き さF は,F= 14 〔N〕である。また,このときシリンダー内の気体が極板Bに
及ぼす力は,大気が極板Bに及ぼす力と電荷によって働く極板間の力とのつり合い
で決まるので,シリンダー内の気体の圧力P は,P= 15 〔N/m2〕である。
14 の解答群
" 4Qε2
S #
Q2
2εS $
Q2
εS %
2Q2 εS
& Q
2
4εS2 '
Q2
2εS2 (
Q2
εS2 )
2Q2 εS2
15 の解答群
" P0+2F
S # P0− 2F
S $ P0+ F
S % P0− F S
& P0+2F
S ' P0− F
2S ( P0+ 2F
S2 ) P0− 2F
S2
* P0+ F
S2 ! P0− F
S2 + P0+ F
. -の過程によって,コンデンサーに蓄えられた電気量はQ〔C〕,極板間距離は
x1〔m〕,シリンダー内の圧力はP〔N/m2〕の状態となっている。その後,大気は圧 力が一定のままで,温度がT0〔K〕からT〔K〕(T>T0)にゆっくりと変化した。する
と,コンデンサー内の気体の温度もT〔K〕にゆっくりと変化するとともに,極板B
がシリンダー内をゆっくりと動き,極板間距離がx1〔m〕からx2= 16 〔m〕に
変化した。このときシリンダー内の気体がした仕事は, 17 〔J〕である。この
変化の後,コンデンサーに蓄えられている静電エネルギーは 18 〔J〕となった。
16 の解答群
! )+T0 T −1
*
,x1 " )+T T0−1
*
,x1 # )+1−T0 T
*
,x1 $ )+1− T T0
* ,x1
% TT
0x1 & T0
T x1 ' )+ T0
T +1
*
,x1 ( )+T T0
+1*,x1
17 の解答群
! PSx1)+T0 T −1
*
, " PSx1)+T T0−1
*
, # PSx1)+1− T0 T
* ,
$ PSx1)+1− T T0
*
, % PSxT01T &
PSx1T0 T
' PSx1)+T0 T +1
*
, ( PSx1)+T T0
+1*,
18 の解答群
! Q2x22
4εS "
Q2x22
2εS #
Q2x22
εS $
2Q2x22 εS
% Q
2 x2
4εS & Q2x2
2εS '
Q2x2
εS (
!
私たちの生活ではさまざまなエネルギーを,その形態を変化させることで利用してい る。例えば電気ポットでお湯を沸かすとき,電気エネルギーを熱に変換して水を温めて いる。その電気は発電所でつくられるが,それにはさまざまな方法がある。水力発電の場合には,ダムに貯めた水のもつ重力による 19 エネルギーを落下 に よ り
20 エネルギーに変えてタービンを回し,それを発電機により電気エネルギーに
変換する。火力発電では,石油,石炭,天然ガスなどの燃焼により水を加熱して水蒸気
にし,それにより発電機につながれたタービンを回す。つまり化石燃料のもつ 21
エネルギーを,電気エネルギーに変換している。また,原子力発電では核燃料のもつ
22 エネルギーを電気エネルギーに変換する。
ウラン235
92Uの原子核の1個が 235
92U+10n →9236Kr+14156Ba+310n,
の型の核分裂反応を起こしたときに放出されるエネルギーは次のように計算できる。ま ず,235
92U,9236Kr,14156Ba,10nそ れ ぞ れ の 質 量 を 原 子 質 量 単 位(記 号u)で234.99u, 91.91u,140.88u,1.01uとすると,この核反応の前後の質量差は 23 uとなる。
1u=1.66×10−27kgであること,および真空中の光の速さを3.00×108m/sとすると,
アインシュタインの質量とエネルギーの等価性より, 24 Jのエネルギーになる
ことがわかる。例えば2.35×10−3
kgのウラン23592Uが全て上の式の核反応を起こした とする。ウラン235
92Uの質量を235uとして計算すると,2.35×10−3kgに含まれる23592U
原子の個数は 25 となるので,放出される全エネルギーは 26 Jとなる。
原子力発電においてはこのような核分裂反応により放出されるエネルギーを利用して発 電している。例えば,石油1.00kgを燃焼させると4.20×107Jのエネルギーが生じる
の で,2.35×10−3
kgの ウ ラ ン23592Uが 生 み 出 す 26 Jの エ ネ ル ギ ー は,石 油
27 kg分の燃焼に相当することが分かる。このように, 22 エネルギーは
同じ質量の物質から生じる 21 エネルギーと比較すると非常に大きい。
上で述べた核分裂反応は,原子核がより安定な原子核に変わる反応である。ウランや
ラジウムのように,不安定な原子核は放置しておくと自然に 28 を出して別の原
子核に変わる。これを原子核の放射性崩壊という。また,自然に 28 を放出する
性質を 29 という。放射性同位体から放出された 28 は,磁場の中で3つ
負の電荷をもつ粒子のように運動するものをβ 線,直進するものをγ 線という。この
うち, 30 線の放出は,原子核中の中性子が 31 に変化するとき 32
が飛び出す現象であり 30 崩壊とよばれる。
19 ∼ 22 の解答群
" 圧 力 # 位 置 $ 運 動 % 電 子
& 核(または原子力) ' 化 学 ( 光
23 の解答群
" 0.08 # 0.18 $ 0.20 % 1.18
& 1.20 ' 2.18 ( 2.20 ) 3.18
24 の解答群
" 1.35×10−12 # 1.35×10−11 $ 1.35×10−10 % 2.69×10−12
& 2.69×10−11 ' 2.69×10−10 ( 3.29×10−11 ) 3.29×10−10
* 3.29×10−9 ! 8.96×10−21 + 8.96×10−20 , 8.96×10−19
25 の解答群
" 1.66×1020 # 1.66×1021 $ 1.66×1022 % 1.66×1023
& 6.02×1020 ' 6.02×1021 ( 6.02×1022 ) 6.02×1023
26 の解答群
" 4.47×109 # 4.47×1010 $ 4.47×1011 % 8.10×109
& 8.10×1010 ' 8.10×1011 ( 1.62×1010 ) 1.62×1011
" 1.06×102 # 1.06×103 $ 1.06×104 % 1.93×102
& 1.93×103 ' 1.93×104 ( 3.86×102 ) 3.86×103
* 3.86×104 ! 7.72×102 + 7.72×103 , 7.72×104
28 , 29 の解答群
" 宇宙線 # 放射能 $ 放射線 % レーザー
& 陰極線 ' 光電子
30 の解答群
" α # β $ γ
31 , 32 の解答群
!
次の 1 ∼ 6 に入れる最も適当なものを,解答群からそれぞれ一つ選 び,解答欄にマークせよ。水素H2,ヨウ素I2,ヨウ化水素HIの間の反応に関する式!の熱化学方程式から以 下の結果が導き出される。
H(気)+2 I2(気)=2HI(気)+11kJ !
!1 H−Hの結合エネルギーを436kJ/mol,I−Iの結合エネルギーを149kJ/molとす
ると,H−Iの結合エネルギーは 1 kJ/molとなる。
!2 触媒を用いずに式!の反応を行ったとき,右向きの反応の活性化エネルギーは
167kJ/molであった。また,一定量のある触媒を用いて反応を行ったとき,左向き
の反応の活性化エネルギーは58kJ/molであった。したがって,この触媒を用いた
ときの右向きの反応の活性化エネルギーは 2 kJ/molとなり,触媒を用いな
かったときの左向きの反応の活性化エネルギーは 3 kJ/molとなる。
!3 I(固)の昇華熱を632 kJ/molとする と,1molず つ のH2(気)とI2(固)か ら2mol
のHI(気)が生成する反応の反応熱は 4 kJとなる。
!4 1molずつのH2(気)とI2(気)から2molのHI(気)を生成し,これを多量の水に完
全に溶かした。この全過程で19kJの熱量が発生したとすると,HI(気)が水に溶け
るときの溶解熱は 5 kJ/molとなる。このHI水溶液に3molの水酸化ナト
リウムNaOHを溶かしたところ,あらたに249kJの熱量が発生した。NaOHが水
に溶けるときの溶解熱を45kJ/molとすると,HIとNaOHとの中和反応での中和
熱は 6 kJ/molとなる。
化
学
"
1 ∼ 6
" −52 # −11 $ −8 % −4 & 4
' 8 ( 38 ) 47 * 57 ! 58
+ 69 , 74 - 102 . 114 / 156
!
次の 7 ∼ 12 に入れる最も適当なものを,それぞれの解答群から一つ 選び,解答欄にマークせよ。解答群からは同じものを繰り返し選んでもよい。1.0×10−3
mol/LずつのPb2+とZn2+を含む25℃の水溶液から,これらの金属を硫化
物の沈殿として分別回収することを試みた。これらの硫化物の25℃での溶解度積は,
PbSが1.0×10−28(mol/L)2,ZnSが1.0×10−22(mol/L)2とする。
まず,この水溶液のpHを1.0とし,これに硫化水素H2Sガスを1.0×105Paの圧力 で飽和濃度(0.10mol/L)まで溶かした。このときの水溶液の体積変化は無視できると
する。水溶液中のH2Sは式%に示す電離平衡の状態となり,その25℃での電離定数を 1.0×10−21(
mol/L)2とする。
#$
H2S "#2H++S2− %
H2Sガスを通じながら硫化物の生成反応を十分に行わせると,水溶液中のPb2+の濃 度は 7 mol/L,Zn2+の濃度は 8 mol/Lとなるので,生成した硫化物
の沈殿中に占めるPbSの物質量の割合は 9 %となる。
つぎに,この沈殿を除去し,水溶液のpHが4.0になるまで水酸化ナトリウムを加え
た。このときの水溶液の体積変化は無視できるとする。H2Sガスを通じながら硫化物
の生成反応を十分に行わせると,水溶液中のPb2+の濃度は 10 mol/L,Zn2+の
濃度は 11 mol/Lとなるので,新たに生成した硫化物の沈殿中に占めるPbSの
7 , 8 , 10 , 11
" 1.0×10−15 # 1.0×10−14 $ 1.0×10−13 % 1.0×10−12
& 1.0×10−11 ' 1.0×10−10 ( 1.0×10−9 ) 1.0×10−8
* 1.0×10−7 ! 1.0×10−4 + 1.0×10−3 , 1.0×10−2
9 , 12
" 0 # 0.0010 $ 0.010 % 0.10
& 1.0 ' 10 ( 90 ) 99.0
ガラス管 ス
ポ イ ト
ビ ー カ ー フラスコ
!
次の 13 ∼ 17 に入れる最も適当なものを,それぞれの解答群から一つ選び,解答欄にマークせよ。窒素Nの原子量は14とし,25℃,1.01×105Paでの理想
気体1molの体積は25.0Lとする。
25℃,1.01×105
Paの大気圧のもとで以下の実験を行った。ある液体の有機化合物
(密度1.40g/cm3)10.0mL中の窒素成分をすべて気体のアンモニアに変えた後,これ
を120.0mLの0.500mol/L希硫酸に完全に吸収させた。未反応の硫酸を0.500mol/L
の水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定したところ,過不足なく中和するのに80.0mL
を要した。したがって,このとき発生したアンモニアの物質量は 13 molであり,
この有機化合物中の窒素の含有率(質量パーセント濃度)は 14 %である。また,
このときの中和滴定に使用する指示薬として 15 。
こんどは,上述の実験で発生した気体のアンモニアの 全量を上方置換により丸底フラスコ内に捕集した。その 後,図のように,このフラスコの口にスポイトとガラス 管を差し込んだ栓を取りつけた。スポイトには純水が満 たされ,ガラス管の下端はビーカー中の十分量の純水に 浸してある。スポイト中の少量の水をフラスコ内へ噴出 させると,この水へのアンモニアの溶解によりフラスコ 内の圧力が下がるため,ビーカー中の水がガラス管を通 してフラスコ内へ勢いよく入っていく。図はこの噴水が 起こっている状態を示している。アンモニアはすぐに全
量が水に溶解して噴水は止まった。アンモニアを理想気体と見なすと,上方置換後のフ
ラスコ内でアンモニアが占めていた体積は 16 Lとなる。したがって,フラスコ
内に入ってきた水に溶解した気体が上方置換で捕集したアンモニアのみとすると,噴水
13 , 17
" 1.00×10−3 # 2.00×10−3 $ 4.00×10−3 % 5.00×10−3
& 6.00×10−3 ' 8.00×10−3 ( 1.00×10−2 ) 2.00×10−2
* 4.00×10−2 ! 5.00×10−2 + 6.00×10−2 , 8.00×10−2
- 1.00×10−1 . 2.00×10−1 / 4.00×10−1 0 5.00×10−1
14 , 16
" 0.075 # 0.500 $ 1.00 % 1.50
& 2.00 ' 2.50 ( 3.00 ) 3.50
* 4.00 ! 4.50 + 5.00 , 6.00
- 7.00 . 8.00 / 9.00 0 10.00
15
" メチルオレンジ,フェノールフタレインのいずれも適当である
# メチルオレンジは適当であるが,フェノールフタレインは不適当である
$ フェノールフタレインは適当であるが,メチルオレンジは不適当である
% メチルオレンジ,フェノールフタレインのいずれも不適当である
!
次の 18 ∼ 20 に入れる最も適当なものを,解答群からそれぞれ一つ選 び,解答欄にマークせよ。C7H7NO2の分子式で表される芳香族化合物A,B,Cがある。これらの化合物のベ ンゼン環に直接結合した1個の水素原子を1個のハロゲン原子で置換して得られるハロ ゲン置換体には,いずれの化合物にも各2種類の構造異性体が存在した。また,化合物
A,B,Cのうち,加水分解されてギ酸を生成するものは化合物AとBのみであったが,
塩化鉄(Ⅲ)水溶液中で呈色するものは化合物AとCのみであった。
以 上 の 結 果 か ら,化 合 物Aは 18 ,化 合 物Bは 19 ,化 合 物Cは
18 ∼ 20
" CONHOH # NHCOOH $ CH
2NO2
% OCONH
2 & COOH
NH2
' CH3
NO2
(
NH2
OCHO ) OCHO
NH2
* OCHO
NH2
! NHCHO OH
+ NHCHO
OH
, NHCHO
OH
- CONH2 OH
. CONH2
OH
/ CONH2
OH
0 CHO
NH2
OH
1 CHO
NH2
OH
2 CHO
NH2
HO
3 CHO
NH2 HO
4 CHO
!
代謝とエネルギーに関する以下の文章中の 1 ∼ 10 に最も適切なもの を解答群から選び,その番号または記号を解答欄にマークせよ。ただし,異なる番号のに同じものを繰り返し選んでもよい。
1) 解糖系はグルコースの代謝経路の一部であり,この経路ではグルコースから最終的 に,分子内に炭素原子を(ア)個含むピルビン酸が生じる。解糖系で生じたピルビン
酸は,ミトコンドリアの(イ)においてアセチルCoAに変換される。その後,アセ
チルCoAは(ウ)と水を結合してクエン酸になり,さらにいくつかの代謝反応を経
て(ウ)が再び生じる。この一連の反応経路をクエン酸回路と呼ぶ。クエン酸回路で
は一連の反応にともなって還元型補酵素が産生される。1分子のアセチルCoAから
クエン酸回路で産生される還元型補酵素は,(エ)分子の(オ)と(カ)分子の(キ)
である。ここで,(ア)∼(ウ)の正しい組み合わせは 1 であり,(エ)∼
(キ)の正しい組み合わせは 2 である。
生
物
!
オキサロ酢酸 マトリックス
3
0
コハク酸 マトリックス
3
/
α ケトグルタル酸
内 膜 3
.
オキサロ酢酸 内 膜
3
-コハク酸 外 膜
3
,
α ケトグルタル酸
外 膜 3
+
オキサロ酢酸 膜間腔
3
!
コハク酸 膜間腔
3
*
α ケトグルタル酸
マトリックス 2
)
オキサロ酢酸 マトリックス
2
(
コハク酸 内 膜
2
'
α ケトグルタル酸
内 膜 2
&
オキサロ酢酸 外 膜
2
%
コハク酸 外 膜
2
$
α ケトグルタル酸
膜間腔 2
#
オキサロ酢酸 膜間腔
2
"
(ウ) (イ)
(ア)
2 に対する解答群
NADH 8 FADH2 2 0 NADH 6 FADH2 2 / NADH 4 FADH2 1 . NADH 3 FADH2 1 -NAD+ 8 FADH2 2 , NAD+ 6 FADH2 2 + NAD+ 4 FADH2 1 ! NAD+ 3 FADH2 1 * NADH 8 FAD 2 ) NADH 6 FAD 2 ( NADH 4 FAD 1 ' NADH 3 FAD 1 & NAD+ 8 FAD 2 % NAD+ 6 FAD 2 $ NAD+ 4 FAD 1 # NAD+ 3 FAD 1 "
(キ) (カ)
ミトコンドリアでは,クエン酸回路で生じた還元型補酵素を利用してATPが合成
される。具体的には,電子伝達系に入った還元型補酵素から(ク)と(ケ)が遊離す
る。この(ク)は,酵素複合体に次々に受け渡されていき,最後にO2の(コ)に使
われる。また,(ケ)はこれらの酵素複合体のはたらきにより 3 へ運ばれ,
その結果,膜をはさんで(ケ)の濃度勾配が形成される。ATP合成酵素は(ケ)が
4 へ流入する際のエネルギーを利用してATPを合成する。このような,還
元型補酵素を利用してATPを合成する反応を 5 と呼ぶ。また,(ケ)の濃
度勾配を利用してATP合成が起こるという,ミッチェルによって提唱された説を
6 説と呼ぶ。ここで,(ク)∼(コ)の正しい組み合わせは 7 である。
3 および 4 に対する解答群
" 膜間腔から細胞質基質 # 細胞質基質から膜間腔
$ 膜間腔からマトリックス % マトリックスから膜間腔
& マトリックスから細胞質基質 ' 細胞質基質からマトリックス
5 および 6 に対する解答群
" 化学合成 # 化学浸透圧 $ 活性化エネルギー
% 呼吸商 & 光リン酸化 ' 酸化的リン酸化
( β 酸化 ) 酸成長 * 脱アミノ反応
還 元
OH− e−
,
酸 化
OH− e−
+
還 元
e− OH−
!
酸 化
e− OH−
*
還 元
e− H+
)
酸 化
e− H+
(
還 元
H+ e−
'
酸 化
H+ e−
&
還 元
OH− H+
%
酸 化
OH− H+
$
還 元
H+ OH−
#
酸 化
H+ OH−
"
(コ) (ケ)
2) 動物の筋肉では,グルコースが酸素を使わずに代謝されてATPが産生される嫌気
性代謝が起こる場合がある。嫌気的な状態が続くと,ピルビン酸からの代謝産物とし
て 8 が生じる。また,微生物が嫌気的にグルコースを分解する反応としては,
8 発酵やアルコール発酵が知られており,アルコール発酵の代謝産物として
は,エタノールが生じる。ここで,筋肉における嫌気性代謝および微生物によるアル
コール発酵によって,グルコースからそれぞれ 8 およびエタノールが生じる
過程に関する以下の記述a∼gのうちで,正しいものは 9 である。
a 同量のグルコースが代謝されて生じるATPの数は,筋肉における嫌気性代謝の
方が多い。
b 同量のグルコースが代謝されて生じるATPの数は,微生物によるアルコール発
酵の方が多い。
c 同量のグルコースが代謝されて生じるATPの数は,いずれの嫌気性代謝におい
ても同じである。
d 筋肉における嫌気性代謝においてのみ,ピルビン酸から代謝産物が生じる過程で
NADHが利用される。
e 微生物によるアルコール発酵においてのみ,ピルビン酸から代謝産物が生じる過 程でNADHが利用される。
f いずれの嫌気性代謝においても,ピルビン酸から代謝産物が生じる過程で
NADHが利用される。
g いずれの嫌気性代謝においても,ピルビン酸から代謝産物が生じる過程で
" 脂肪酸 # 炭 酸 $ 乳 酸
% 尿 素 & 酪 酸 ' リンゴ酸
9 に対する解答群
" a,d # a,e $ a,f % a,g
& b,d ' b,e ( b,f ) b,g
* c,d ! c,e + c,f , c,g
3) あらかじめ酸素を取り除いた20%グルコース水溶液100mLに,酵母菌を加えて
40℃に温めながらしばらくおいたところ,溶液中のエタノール濃度が5%に達した。 このとき,アルコール発酵に使われたグルコースの量は,はじめに水溶液中に存在し
ていたグルコースの約 10 %である。ここで,グルコースの分子量は180,エ
タノールの分子量は46であり,濃度は重量%であらわしている。また,水溶液の液量 は反応前後で変化しないものとする。
10 に対する解答群
" 5 # 10 $ 20 % 25 & 33
!
神経系に関する以下の文章中の 11 ∼ 18 に最も適切なものを解答群か ら選び,その番号または記号を解答欄にマークせよ。ただし,異なる番号のに同じものを繰り返し選んでもよい。
1) あるほ乳動物から摘出した末梢の神経繊維を用いて活動電位の伝導速度を測定した。
神経繊維AとBに電気刺激を与え,発生した活動電位が刺激点から同じ神経繊維上
の2.0cm離れた位置で観察されるまでの時間を測定したところ,神経繊維Aでは
40ミリ秒,神経繊維Bでは0.25ミリ秒を要した。この結果から,神経繊維Aにおけ
る伝導速度は時速(ア)km,神経繊維Bにおける伝導速度は時速(イ)kmである
ことがわかった。また,神経繊維Bにおいて活動電位が10ミリ秒かかって伝導する
距離は(ウ)cmであり,活動電位が(ウ)cmの神経繊維Aを伝導するためには
(エ)ミリ秒かかることもわかった。ここで,(ア)と(イ)の正しい組み合わせは
2880 18 , 216 18 + 96 18 ! 480 3 * 192 3 ) 80 3 ( 288 1.8 ' 144 1.8 & 48 1.8 % 48 0.3 $ 8 0.3 # 2 0.3 "
(イ) (ア)
12 に対する解答群
1600 800 , 800 800 + 1600 160 ! 1600 80 * 800 80 ) 160 16 ( 800 8 ' 160 8 & 80 8 % 160 4 $ 80 1.6 # 80 0.8 "
2) ヒトにおいて,瞳孔反射の中枢は(オ),しつがいけん反射の中枢は(カ),咳(せ き)反射の中枢は(キ)に存在する。ここで,(オ)∼(キ)の正しい組み合わせは
13 である。
13 に対する解答群
脊 髄 脊 髄
脊 髄
2
中 脳 脊 髄
脊 髄
1
延 髄 脊 髄
脊 髄
0
脊 髄 延 髄
脊 髄
/
中 脳 延 髄
脊 髄
.
延 髄 延 髄
脊 髄
-脊 髄 脊 髄
中 脳
,
中 脳 脊 髄
中 脳
+
延 髄 脊 髄
中 脳
!
脊 髄 延 髄
中 脳
*
中 脳 延 髄
中 脳
)
延 髄 延 髄
中 脳
(
脊 髄 脊 髄
延 髄
'
中 脳 脊 髄
延 髄
&
延 髄 脊 髄
延 髄
%
脊 髄 延 髄
延 髄
$
中 脳 延 髄
延 髄
#
延 髄 延 髄
延 髄
"
(キ) (カ)
対の脊髄神経に分けることができる。また,末梢神経系は機能的に体性神経系と自律 神経系に分類され,自律神経系の交感神経と副交感神経はいろいろな器官の機能の制 御に関与している。たとえば,副交感神経は神経の末端から(ク)を放出することで, 心拍数を(ケ)させ,気管支を(コ)させる。立毛筋に対して,交感神経は(サ), 副交感神経は(シ)。心臓に対してはたらくのは,(ス)から出る交感神経と(セ)か
ら出る副交感神経である。ここで,(ク)∼(コ)の正しい組み合わせは 16 ,
(サ)と(シ)の正しい組み合わせは 17 ,(ス)と(セ)の正しい組み合わせ
は 18 である。
14 および 15 に対する解答群
" 1 # 3 $ 6 % 8 & 12
' 21 ( 26 ) 31 * 35 ! 41
16 に対する解答群
収 縮 減 少
ヒスタミン
,
拡 張 減 少
ヒスタミン
+
収 縮 増 加
ヒスタミン
!
拡 張 増 加
ヒスタミン
*
収 縮 減 少
アセチルコリン
)
拡 張 減 少
アセチルコリン
(
収 縮 増 加
アセチルコリン
'
拡 張 増 加
アセチルコリン
&
収 縮 減 少
ノルアドレナリン
%
拡 張 減 少
ノルアドレナリン
$
収 縮 増 加
ノルアドレナリン
#
拡 張 増 加
ノルアドレナリン
"
(コ) (ケ)
17 に対する解答群
収縮作用を示す 分布せず
'
弛緩作用を示す 分布せず
&
分布していない 弛緩作用を示し
%
収縮作用を示す 弛緩作用を示し
$
分布していない 収縮作用を示し
#
弛緩作用を示す 収縮作用を示し
"
(シ) (サ)
18 に対する解答群
間 脳 脊 髄
,
橋 脊 髄
+
延 髄 脊 髄
!
間 脳 延 髄
*
橋 延 髄
)
脊 髄 延 髄
(
間 脳 橋
'
延 髄 橋
&
脊 髄 橋
%
橋 間 脳
$
延 髄 間 脳
#
脊 髄 間 脳
"
)
動物の行動と伴性遺伝に関する以下の文章中の 19 ∼ 25 に最も適切な ものを解答群から選び,その番号または記号を解答欄にマークせよ。ただし,異なる番号の に同じものを繰り返し選んでもよい。
1) 鳥の鳴き声には大きく分けて学習により獲得されるさえずりと生得的行動である地 鳴きの2種類がある。自然環境下での寿命がおよそ5年であるキンカチョウのさえず り学習には2つの学習過程がある。1つは同種の成鳥の雄のさえずりを聞いて脳に記 憶する期間(感覚学習期)で,ふ化後およそ25日から50日にあたる。もう1つは記憶 したさえずりをまねて発声することで自分のさえずりを獲得する期間(発声学習期) で,ふ化後およそ30日から90日である。これらの過程を経ることで,雄のキンカチョ ウは繁殖期に雌への求愛や他の雄への縄張りを宣言するさえずりを発することができ
るようになる。以上より,雄のキンカチョウはふ化後およそ 19 学習すること
でさえずりを獲得することから,その期間がキンカチョウのさえずり学習の臨界期に
あたることがわかる。また,外部の音が聞こえない環境下でふ化後およそ 20
単離飼育した雄のキンカチョウは子孫を残すことが難しくなると考えられる。
19 に対する解答群
! 25日まで " 30日まで # 25日∼30日の間
$ 25日∼90日の間 % 25日∼5年の間 & 50日∼90日の間
' 50日∼5年の間 ( 90日∼5年の間
20 に対する解答群
! 25日まで " 50日まで # 50日∼90日の間
以下の記述a∼eのうちで,生得的行動の例として正しいものは 21 である。
a プラナリアは,光があたると光を避ける方向に移動する。
b ホシムクドリは,太陽の位置情報をもとにして渡りの方向を決める。
c えさ場を探し当てたはたらきアリは,コロニーに戻るときに道しるべフェロモン を地面に残しておき,仲間をえさ場に誘導する。
d えさ場を探し当てたミツバチは,ダンスによってえさ場の位置情報を仲間に伝える。 e ゾウリムシは,重力と逆の方向に移動する。
21 に対する解答群
" a,b,cのみ # a,b,dのみ $ a,b,eのみ
% a,c,dのみ & a,c,eのみ ' a,d,eのみ
( b,c,dのみ ) b,c,eのみ * b,d,eのみ
! c,d,eのみ + a,b,c,dのみ , a,b,c,eのみ
- b,c,d,eのみ . a,b,c,d,e
2) キンカチョウの性染色体構成は雌がZWで雄がZZである。キンカチョウの野生型
品種は灰色の羽毛をもつが,レギュラーCFWと呼ばれる品種(CFW品種)は白い
羽毛をもつ。この羽毛の色はZ染色体にある1対の対立遺伝子Aとaによって支配
され,aがホモ接合(aa)あるいはヘミ接合(対となる対立遺伝子をもたない状態)
のときに白い羽毛となる。
野生型品種の雄とCFW品種の雌を交配すると,F1は全て灰色の羽毛であった。
全てのF1どうしを交配して産まれるF2の雄において白い羽毛をもつ個体が出現する
頻度は 22 ,F2の雌において白い羽毛をもつ個体が出現する頻度は 23
であると推定される。また,全てのF2どうしの交配で産まれるF3の雄において白い
羽毛をもつ個体が出現する頻度は 24 ,F3の雌において白い羽毛をもつ個体
が出現する頻度は 25 であると推定される。
22 ∼ 25 に対する解答群
" 0 # 1
16 $
1
8 %
1 4
&
遺伝子とバイオテクノロジーに関する以下の文章中の 26 ∼ 33 に最も 適切なものを解答群から選び,その番号または記号を解答欄にマークせよ。ただし,異なる番号の に同じものを繰り返し選んでもよい。
1) タンパク質合成におけるコドンとアミノ酸の対応は,ニーレンバーグらやコラーナ らの実験により明らかにされた。彼らが行った実験の原理にならって,特定の塩基配
列をもったRNAを合成し,合成したRNAを大腸菌抽出液(大腸菌から抽出したタ
ンパク質合成に必要なものを含む液)に加えて,ポリペプチド合成を行い,下記のよ うな結果が得られた。
実験1 5’側から3’側に向かってUGの繰り返し配列をもつ人工RNAからは,シ
ステインとバリンが交互に配列したポリペプチド鎖が合成された。
実験2 5’側から3’側に向かってUUGの繰り返し配列をもつ人工RNAからは,
ロイシン,システイン,バリンのいずれかだけからなる3種類のポリペプチ ド鎖が合成された。
実験3 5’側から3’側に向かってGGUの繰り返し配列をもつ人工RNAからは,
グリシン,バリン,トリプトファンのいずれかだけからなる3種類のポリペ プチド鎖が合成された。
実験4 5’側から3’側に向かってGGUCの繰り返し配列をもつ人工RNAからは,
グリシン,アルギニン,セリン,バリンを含むポリペプチド鎖が合成された。
実験1で合成したRNAに含まれるコドンは 26 であると考えられる。
26 に対する解答群
! GUGとUUG " UGUとGUG # UGUとUUG
$ UGUとGUU % GUGとGUU
実験2で合成したRNAに含まれるコドンは 27 であると考えられる。
27 に対する解答群
! GUUとGUGとUGU " GUUとUUUとGGG
# GUUとGGUとGUG $ GUUとUUGとUGU
以下の記述a∼dのうちで,実験1∼4の結果から考えられるものとして正しいも
のは 28 である。
a UGUはシステインを指定するコドンである。
b GUGはバリンを指定するコドンである。
c GGUはグリシンを指定するコドンである。
d UGGはトリプトファンを指定するコドンである。
28 に対する解答群
" aのみ # bのみ $ cのみ
% dのみ & a,bのみ ' a,cのみ
( a,dのみ ) b,cのみ * b,dのみ
! c,dのみ + a,b,cのみ , a,b,dのみ
つはCCAである。それぞれのコドンに対応するアンチコドンとDNA上のトリプ
レットの組み合わせとして正しいものは,グリシンでは 29 であり,プロリン
では 30 である。
29 および 30 に対する解答群
3’−GGT−5’
3’−GGU−5’
(
3’−TGG−5’
3’−GGU−5’
'
3’−UGG−5’
3’−GGT−5’
&
3’−GGU−5’
3’−GGT−5’
%
3’−TCC−5’
3’−CCU−5’
$
3’−CCT−5’
3’−CCU−5’
#
3’−UCC−5’
3’−CCT−5’
"
3’−CCU−5’
3’−CCT−5’
!
DNA上のトリプレット
2) マリスはDNAを人工的に短時間で多量に増やす方法を開発した。DNAポリメ
ラーゼを利用したこの方法は 31 法と呼ばれる。 31 法では,DNAポ
リメラーゼがDNAのヌクレオチド鎖を伸長させる際に,増幅したいDNA領域の両
端に相補的な塩基配列をもつ 32 が必要となる。
31 法によるDNAの増幅は,一般に,以下の記述e∼iの順で行われる。
e 鋳型となるDNA, 32 ,DNAポリメラーゼ,4種類のヌクレオチドな
どを加えた混合液を作成する。
f 混合液を約(ア)℃に加熱することで,DNAの2本鎖間の弱い結合が切れ,1
本のヌクレオチド鎖に解離する。
g 約(イ)℃で, 32 をヌクレオチド鎖に結合させる。
h 約(ウ)℃で,DNAポリメラーゼのはたらきによって 32 に続くヌクレ
オチド鎖を合成する。
i f∼hの過程を何度も繰り返し,目的のDNA断片を大量に増幅する。
ここで,(ア)∼(ウ)の正しい組み合わせは 33 である。
31 および 32 に対する解答群
" ベクター # プライマー $ プラスミド
% リプレッサー & プロモーター ' シークエンス
( リガーゼ ) オペロン * 遺伝子組換え
! 遺伝子導入 + 電気泳動 , サンガー
37 15
60
,
72 15
60
+
37 95
60
!
72 95
60
*
37 15
72
)
60 15
72
(
37 95
72
'
60 95
72
&
37 15
95
%
60 15
95
$
37 60
95
#
72 60
95
"
(ウ) (イ)
*
植物の環境応答に関する以下の文章中の 34 ∼ 40 に最も適切なものを 解答群から選び,その番号または記号を解答欄にマークせよ。ただし,異なる番号のに同じものを繰り返し選んでもよい。
1) 花芽の形成が日長の長短の影響を受ける現象を(ア)といい,植物の花芽形成に必 要な暗期の長さを(イ)暗期という。ホウレンソウやダイコンでは暗期の長さが (イ)暗期より長くなると花芽を形成(ウ)が,アサガオでは暗期の長さが(イ)暗 期より長くなると花芽を形成(エ)。また,アサガオでは連続した(イ)暗期中に光 を当てると,花芽を形成(オ)。植物は明期と暗期の長さを情報として葉で受容して
おり,特に暗期の長さを情報として受容するのは葉に含まれる 34 である。ま
た,日長に応じて花成ホルモンである 35 が(カ)で合成される。合成された
35 は(キ)の中を移動して(ク)分裂組織に到達し,花芽形成に必要な遺伝
子の発現を誘導すると考えられている。ここで,(ア)∼(オ)の正しい組み合わせ
は 36 であり,(カ)∼(ク)の正しい組み合わせは 37 である。
34 および 35 に対する解答群
! クロロフィル " キサントフィル # フィトクロム
$ フロリゲン % カロテン & サイトカイニン
しない す る
しない 絶 対
光周性
0
す る す る
しない 絶 対
光周性
/
しない しない
す る 絶 対
光周性
.
す る しない
す る 絶 対
光周性
-しない す る
しない 限 界
光周性
,
す る す る
しない 限 界
光周性
+
しない しない
す る 限 界
光周性
!
す る しない
す る 限 界
光周性
*
しない す る
しない 絶 対
光傾性
)
す る す る
しない 絶 対
光傾性
(
しない しない
す る 絶 対
光傾性
'
す る しない
す る 絶 対
光傾性
&
しない す る
しない 限 界
光傾性
%
す る す る
しない 限 界
光傾性
$
しない しない
す る 限 界
光傾性
#
す る しない
す る 限 界
光傾性
"
(オ) (エ)
(ウ) (イ)
(ア)
37 に対する解答群
茎 頂 師 管
根
)
根 端 師 管
根
(
茎 頂 道 管
根
'
根 端 道 管
根
&
茎 頂 師 管
葉
%
根 端 師 管
葉
$
茎 頂 道 管
葉
#
根 端 道 管
葉
"
(ク) (キ)
花芽の形成は温度の影響を受ける場合もある。たとえば,春に花芽を形成する秋ま きコムギの種子を吸水させた後,低温にさらしてから発芽に適した温度条件で種子を まいた場合,花芽の形成は促進される。この現象を(ケ)化と呼び,低温にさらした 期間と開花までの日数の関係は図Ⅴ−1の(コ)で示される。ここで,(ケ)と(コ)
の正しい組み合わせは 38 である。
A 160 120 80 40 0 16 12 8
低温にさらした期間(週) 開
花 ま で の 日 数
4 0 B 160 120 80 40 0 16 12 8
低温にさらした期間(週) 4 0 C 160 120 80 40 0 16 12 8
低温にさらした期間(週) 4
0
図Ⅴ−1
38 に対する解答群
C
冬
,
B
冬
+
A
冬
!
C
秋
*
B
秋
)
A
秋
(
C
夏
'
B
夏
&
A
夏
%
C
春
$
B
春
#
A
春
"
r R fr FR
る。光発芽種子であるレタスの種子では,Pfr型がPr型へ変化すると種子は発芽
(サ)が,Pr型からPfr型へ変化すると種子は発芽(シ)。 34 の吸収スペクト ルは,Pr型では図Ⅴ−2の(ス),Pfr型では図Ⅴ−2の(セ)である。このように
種子が異なる波長の光を吸収し,発芽が調節されるのは, 34 の型の違いによ
りジベレリンの合成が影響を受けるからである。ここで,(サ)∼(セ)の正しい組
み合わせは 39 である。
300 400 500 600 700 800
光 の 吸 収 率
光の波長(nm)
D
E
図Ⅴ−2
39 に対する解答群
D E
しない す る
$
D E
す る しない
#
E D
しない す る
"
E D
す る しない
!
(セ) (ス)
吸水後の種子において,胚乳中に蓄えられているデンプンは分解され,その分解物 が胚に供給され,発芽に必要な栄養分として利用される。このデンプンの分解に関与 する酵素の誘導に,ジベレリンとアブシシン酸が関与していることが知られている。 ジベレリンとアブシシン酸が胚乳中のデンプンの分解に与える影響を調べるために以 下の実験を行った。
オオムギの種子から種皮のみを取り除いた種子と,種皮と胚を取り除いた種子を用 意した。それぞれの種子を水中に浸し十分に吸水させた。次に,デンプンのみを含む 寒天培地,デンプンとジベレリンを含む寒天培地,デンプンとアブシシン酸を含む寒 天培地,またはデンプンとジベレリンとアブシシン酸を含む寒天培地の上に,用意し た種子をまき,発芽に最適な温度条件下で一定時間おいた。寒天培地から種子を取り 除き,ヨウ素溶液を寒天培地表面全体に広がるように滴下し,種子を取り除いた周辺 (観察領域)の色を観察した。表Ⅴはその実験結果を示したものである。
+ +
+ 胚なし
+ +
+ 胚あり
+ +
− 胚なし
+ +
− 胚あり
− −
+ 胚なし
− −
+ 胚あり
+ −
− 胚なし
− −
− 胚あり
ヨウ素溶液滴下後の 観察領域の呈色反応 アブシシン酸
ジベレリン 種 子
デンプンを含む寒天培地への 植物ホルモンの添加 表Ⅴ
植物ホルモンの添加:+は添加あり,−は添加なしを示す。
である。
a 胚がない種子では,ジベレリンとアブシシン酸の両方を含む寒天培地を用いた場 合,デンプンは分解される。
b 胚がある種子では,アブシシン酸を含まない寒天培地を用いた場合,ジベレリン の添加の有無に関わらず,デンプンは分解される。
c 胚の有無に関わらず,ジベレリンのみを含む寒天培地を用いた場合,デンプンは 分解される。
d 胚の有無に関わらず,ジベレリンとアブシシン酸を寒天培地に添加した場合,デ ンプンは分解される。
e 胚の有無とジベレリンの有無に関わらず,アブシシン酸を添加した寒天培地を用 いた場合,デンプンは分解される。
f 胚の有無とアブシシン酸の有無に関わらず,ジベレリンを添加した寒天培地を用 いた場合,デンプンは分解される。
40 に対する解答群
" a,cのみ # a,dのみ $ a,eのみ % a,fのみ
& b,cのみ ' b,dのみ ( b,eのみ ) b,fのみ
* a,c,e ! a,c,f + a,d,e , a,d,f