Shiga Public High School Entrance Examination - Science case studies
Shiga Public High School Entrance Examination - Science · Put your knowledge to work in context.
The Shiga Public High School Entrance Examination in Science (滋賀県公立高等学校入学者選抜 理科) is the science component of the academic achievement test that Shiga Prefecture uses when selecting students for its public high schools. It is taken by students finishing compulsory education in Shiga who intend to enter a prefectural or municipal high school, and it is also used, alongside internal assessment and interview or essay components, in some selection frameworks. The paper is built on the Japanese junior high school Course of Study, so it assumes complete coverage of first- to third-year science rather than any specialised or advanced content. Its four fields - physics, chemistry, biology and earth science - are weighted roughly equally, and each is examined through a mix of terminology recall, short written explanation, calculation, and interpretation of experimental data, tables and graphs. Topics on this exam: Physics (energy, motion, electricity, waves), Chemistry (particles, chemical reactions, ions, acids and bases), Biology (life processes, inheritance, ecosystems), and Earth Science (geology, weather, astronomy). The Shiga Public High School Entrance Examination - Science case studies are 5 cases and about 198 words.
1斜面上の台車と力学的エネルギー
理科の授業で、質量0.50 kgの台車を高さ0.80 mの斜面上から静かに放し、なめらかな斜面を下らせて水平な机の上を走らせた。机の端に取り付けた軽いばねに当たる直前の台車の速さを、光電管を使って測定すると3.6 m/sだった。重力加速度を9.8 m/s²とし、斜面と机は同じ材質で、摩擦や空気抵抗は完全にはなくならないが、実験はすべて同じ条件で行った。次に、同じ形で質量1.0 kgの台車を同じ高さから放すと、ばねに当たる直前の速さは3.5 m/sだった。生徒は「位置エネルギーの減少分はすべて運動エネルギーになったはずだ」と考え、0.50 kgの台車では計算値と測定値が一致しないことを不思議に思った。また、質量を2倍にしても速さは2倍にならなかったので、「重い物体ほど速く落ちる」という考えを確かめたいと言った。ばねは十分に軽く、台車はばねに当たった後、いったん押し縮めてから戻るとする。台車の大きさは無視でき、測定の誤差は小さいものとする。斜面の角度は約30°で、台車は斜面の同じ位置から放した。. 0.50 kgの台車について、位置エネルギーの減少分と、ばねに当たる直前の運動エネルギーを求めよ。その結果から、力学的エネルギーが保存したかどうかを判断し、理由を説明せよ。. 質量1.0 kgの台車について、位置エネルギーの減少分と運動エネルギーを求め、失われた力学的エネルギーを計算せよ。また、質量を2倍にしても速さが2倍にならない理由を、力と加速度の関係から説明せよ。. この実験の結果から「重い物体ほど速く落ちる」という考えを支持できるか。0.50 kgと1.0 kgの速さを比べて判断せよ。.
65 words, under 1 min2白い粉末Xの成分を決める
ある中学校の文化祭で、生徒が白い粉末Xを調べた。Xは2種類の物質の混合物で、候補は塩化ナトリウム、炭酸カルシウム、硫酸ナトリウムのうちの2つである。Xを3.0 gとり、水50 mLを加えてよくかき混ぜ、ろ過した。ろ紙上の固体を水で洗って乾燥させると1.2 gだった。この固体にうすい塩酸を加えると、盛んに気体が発生し、固体はすべて溶けた。発生した気体を石灰水に通すと白く濁った。一方、ろ液にうすい硝酸を加えても変化は見られなかったが、その後に硝酸銀水溶液を加えると白色の沈殿が生じた。さらに、ろ液に塩化バリウム水溶液を加えても変化はなかった。生徒は「ろ紙上の固体は炭酸カルシウムで、ろ液には塩化ナトリウムが溶けている」と考えた。Xは完全に混ざっており、各物質は反応せずに存在するものとする。質量の測定誤差は小さく、ろ液の量は十分にあるものとする。硫酸ナトリウムが含まれていれば、ろ液に硫酸イオンが存在するはずである。生徒は、それぞれの操作が何を確かめるためのものかを整理して判断することにした。. X 3.0 gに含まれる炭酸カルシウムの質量と質量パーセントを求めよ。また、残りが塩化ナトリウムであるとすると、塩化ナトリウムの質量はいくらか。. ろ紙上の固体は炭酸カルシウム。水に溶けず、うすい塩酸で気体を発生し、その気体が石灰水を白く濁らせたから、炭酸イオンを含む炭酸カルシウムと判断できる。候補の中で水に溶けない炭酸塩は炭酸カルシウムである。ろ液は塩化ナトリウム。硝酸酸性で硝酸銀水溶液を加えると白色沈殿が生じたので塩化物イオンがある。塩化バリウム水溶液で変化がないので硫酸イオンはない。したがって、ろ液に溶けているのは塩化ナトリウムで、Xは炭酸カルシウムと塩化ナトリウムの混合物。. 洗って乾燥したろ紙上の固体1.2 gが炭酸カルシウムである。質量パーセントは 1.2/3.0×100 = 40%。残りは 3.0−1.2 = 1.8 g で、これが塩化ナトリウムにあたる。質量パーセントは 1.8/3.0×100 = 60%。ただし、ろ紙上の固体が完全に炭酸カルシウムで、洗浄で失われた物質がないと仮定した計算である。.
24 words, under 1 min3トウモロコシの葉色の遺伝
学校の圃場で、トウモロコシの葉の色について遺伝の実験を行った。葉が緑色の純系と黄色の純系を交配すると、子の代（F1）はすべて緑色だった。F1どうしを交配して得た孫の代（F2）は、緑色が312個体、黄色が98個体だった。別の実験で、F1に黄色の純系を交配すると、緑色48個体、黄色52個体が得られた。緑色と黄色の形質は1対の対立遺伝子で決まり、優劣があるものとする。黄色の個体は生育でき、生殖可能である。生徒は「F1で黄色が消えたのに、F2で再び現れたのはなぜか」と疑問に思った。また、F2の緑色個体の遺伝子型には2種類ある可能性があると考えた。個体数の比は理論値からのずれを含むので、近い整数比として扱う。交配は人為的に行い、他の花粉の影響はないものとする。生徒は、F2の個体数を合計し、緑色と黄色の比を計算した。312+98=410で、比は約3.18:1であった。また、F1と黄色の純系の交配では、緑色と黄色がほぼ1:1になった。遺伝子記号はGとgを用いる。. 緑色と黄色の優劣、純系の親の遺伝子型、F1の遺伝子型を、Gとgを使って説明せよ。. F1どうしの交配でF2が緑色:黄色≈3:1になることを、配偶子と遺伝子型の組み合わせから説明せよ。また、F2の緑色312個のうち、Ggは理論上何個と期待されるか。. F1に黄色の純系を交配すると緑色48、黄色52になった。この結果からF1の遺伝子型を判断し、1:1になると期待できる理由を説明せよ。.
13 words, under 1 min4前線通過に伴う気象要素の変化
滋賀県のある地点で、9月のある日、同じ観測所の気象要素を24時間記録した。9時は気圧1018 hPa、気温18°C、湿度62%、風向南、風速2 m/sで晴れていた。15時は気圧1008 hPa、気温20°C、湿度78%、風向南西、風速8 m/sで雲が多くなった。21時は気圧1002 hPa、気温12°C、湿度92%、風向北西、風速10 m/sで強い雨が降っていた。翌日3時は気圧1010 hPa、気温8°C、湿度70%、風向北、風速6 m/sで雨がやみ、星が見えた。観測所の周辺は平坦で、地形の影響は小さいものとする。生徒は、気温の低下と風向の変化、気圧の低下から、ある前線が通過したと考えた。気圧は前線の通過に伴って一時的に低くなり、その後上昇した。雨は前線付近で強く降り、通過後は弱まったとされる。気温と湿度、風向の変化を時系列で比較し、前線の種類を判断することが課題である。観測値はすべて地上で測定され、観測所の標高は一定である。風向は16方位で記録し、南から北西への変化は時計回りの変化として扱う。前線付近では上昇気流が生じ、雲や雨が発達する。通過後は空気の性質が入れ替わる。. 翌日3時の気温8°C、湿度70%の空気は、21時の気温12°C、湿度92%の空気と比べてどのような状態か。雨がやんだことと関連付けて説明せよ。. 寒冷前線と判断する。21時にかけて気温が20°Cから12°Cへ急に下がり、風向が南西から北西へ変わった。気圧は1002 hPaまで下がった後に上昇し、強い雨が降った。寒冷前線では、冷たい空気が暖かい空気の下に潜り込み、通過時に気温が急降下し、風向が時計回りに変わり、短時間に強い雨が降ることが多い。温暖前線なら気温は上がる方向に変わり、雨は比較的長時間続く傾向がある。この観測は寒冷前線の通過の特徴に合う。. 気圧は15時1008 hPa、21時1002 hPaと下がり続け、翌日3時には1010 hPaへ上がった。前線付近で気圧が最も低くなり、通過後に上昇するので、21時前後が通過時刻と判断できる。気温も21時に12°Cまで下がり、風向も北西に変わっている。通過後は寒冷前線の後面にある冷たく乾燥した空気に入れ替わり、上昇気流が弱まって雲が消え、雨がやんだと考えられる。気圧の上昇も、空気が安定してきたことと対応する。.
19 words, under 1 min5崖からの反射音と音速
生徒が一直線の道路で崖に向かって立ち、手をたたいて反射音を聞く実験をした。道路は平坦で、崖は道路に垂直に立っている。1回目は、崖までの距離を測ると238 mであった。手をたたいてから反射音を聞くまでの時間は1.40 sだった。次に、崖に向かって25 m歩いて近づき、同じように手をたたくと、反射音までの時間は1.25 sだった。音速は一定とし、手をたたく位置と耳の位置はほぼ同じとみなす。気温は20°Cで、風は無視できるほど弱い。生徒は「25 m近づいたのだから、反射音までの時間は25 mを音が往復する分だけ短くなるはずだ」と考えた。しかし、実際の時間差0.15 sから計算すると、音速は約333 m/sとなり、教科書に載っている340 m/sとは少し異なった。測定の誤差や、崖までの距離の測り方も検討する必要がある。音は崖で反射し、反射の際に時間の遅れは生じないものとする。1回目と2回目の手をたたく位置の間は直線で、崖までの距離は巻き尺で測った。反射音は1回だけ聞こえるものとし、周囲の障害物による反射はない。音速の計算では、音が往復する距離を考える必要がある。. 1回目の距離238 mと、求めた音速333 m/sから、反射音までの時間を計算せよ。また、音速を340 m/sと仮定した場合の時間も求め、測定値1.40 sと比較して考察せよ。. 「25 m近づくと、反射音までの時間は25 m分だけ短くなる」という生徒の考えは正しいか。距離と時間の式を用いて説明せよ。. 25 m近づくと、音が往復する距離は 25×2 = 50 m 短くなる。時間差は 1.40−1.25 = 0.15 s。したがって音速は v = 50/0.15 ≈ 333 m/s となる。音が片道25 mだけ短くなると考えて25/0.15とすると誤りで、反射音では行きと帰りの両方が短くなる点が重要である。.
77 words, under 1 min