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中学3年北海道学力テスト第1回「理科」(2021年)問題・解答・解説
大問1 アンモニアの性質
問1
解答：集め方･･･上方置換法、性質･･･空気より密度が小さい。（例）
解説：
図1の気体の捕集法を、上方置換法といいます。
アンモニアのように、空気より軽く水にとけやすい気体は、上方置換法で捕集します。
問2
解答：NH3
解説：
塩化アンモニウムと水酸化カルシウムの混合物を加熱すると、気体としてアンモニアが、固体として塩化カルシウムが、液体として水が生じます。
アンモニアの化学式は、NH3です。
問3
解答：色･･･赤（色）、名前･･･リトマス紙
解説：
アンモニアがフラスコ内に十分にたまったことを確認するために、以下の２つの方法を取ります。
①水で湿らせた赤色リトマス紙を、フラスコの口に近づける→リトマス紙は青色に変化
②塩酸をフラスコの口に近づける→塩化アンモニウムの白煙が生じる
①、②で変化が見られたら、アンモニアがフラスコ内に十分にたまったことが確認できます。
問4
解答：水によくとける。（例）
解説：
アンモニアは水に非常によく溶ける（参考：20℃の水1cm3に702cm3溶ける）ため、スポイトの水をフラスコ内に入れたとき、フラスコ内のアンモニアが水に一気に溶けます。
フラスコ内のアンモニアが減少するせいで、フラスコ内の気圧が大気圧より下がります。
フラスコ内の空気は下がった気圧を大気圧に戻そうとして、水が吸い上げられます。
水の代わりにフェノールフタレイン液を入れると、アンモニア水の赤色の噴水が見られます。
これを、アンモニアの噴水実験といいます。
大問2 パルチミン酸の状態変化
問1
解答：突然沸とうすることを防ぐため。（例）
解説：
蒸留の実験では、図のように、突沸を防ぐために沸騰石を入れます。
問2
解答：温度･･･融点、変化･･･状態変化
解説：
固体が溶け出す温度を融点と言います。
純粋な物質の融点では、固体と液体が併存しています。
温度を上げることで、物質の状態が固体→液体→気体に変化することを、状態変化といいます。
問3
解答：固体の方が液体より密度が大きい。（例）
解説：
固体のパルチミン酸が液体のパルチミン酸に沈んだことから、パルチミン酸は固体の方が密度が大きいと言えます。
大問3 音の性質
問1
解答：空気
解説：
音は空気中の粒子を振動させることで、伝わっていきます。
問2
解答：④
解説：
②は振動数を、④は振幅を表します。
振動数は、音の波形の山から山、谷から谷までの時間です。
問3
解答：ウ、エ
解説：
音を鳴らすものの材料によって、振動数が決まります。
図2より、Aの音さの振動数は2マスです。
選択肢ア〜エの中で、振動数が2マスであるものは、ウとエです。
選択肢ウは、おんさAを強くたたいた場合、選択肢エは、おんさAを弱くたたいた場合です。
選択肢アは、おんさAより振動数が小さいので、おんさAより低い音が鳴ります。
選択肢イは、おんさAより振動数が大きいので、おんさAより高い音が鳴ります。
問4
解答：A･･･1、B･･･ヘルツ、C･･･Hz
解説：
振動数については、解答のとおりです。
例えば図2において、横幅の1目盛りが0.005秒のとき、おんさAは0.01秒（0.005秒×2）で1つの波が通過する、つまり1回振動することから、
振動数[Hz]＝1/0.01s＝100Hz
となります。
大問4 水酸化ナトリウムの電気分解
問1
解答：電流を流しやすくするため。（例）
解説：
中2生は、理由を暗記してください。中3生は、理屈まで知っておきましょう。
純粋な水は分子として存在しており、イオンが無いため電流が流れません。
水酸化ナトリウム水溶液とは、水酸化ナトリウムが、NaOH→Na+＋OH–、にイオンに電離しています。
これより、純粋な水に水酸化ナトリウム水溶液を加えると、水中にイオンがあるため、電流が流れやすくなります。
問2
解答：（陽極：陰極）1：2
解説：
水の電気分解により、陽極で酸素が、陰極で水素が発生します。
中2生は、この事実を暗記してください。
水の電気分解の化学反応式は、
2H2O → 2H2 ＋ O2
化学反応式の係数を見て、酸素（O2、陽極で発生）：水素（H2、陰極で発生）＝1：2
以上より、答えが得られます。
中3生は、理屈まで知っておくと、覚える量が減って楽になります。
水素イオンはH+で、+の電気を帯びています。
プラスどうしマイナスどうしは反発、プラスとマイナスはくっつきます。
だから、H+は陰極（-極）へ行き、陰極で水素（H2）が発生します。
水の化学式はH2Oだから、酸素原子（O）を見て、陽極で酸素（O2）が発生します。
あとは、水の電気分解の化学反応式を書いて、発生する気体の体積比を調べて終了です。
問3
解答：物質名･･･水素、方法と結果･･･火のついたマッチを近づけると、音を立てて気体が燃える。（例）
解説：
陰極では水素が発生します。
水素には可燃性の性質があり、火のついたマッチを近づけると、音を立てて燃えます。
以下、上位校を目指す子向けの知識です。
燃えるとは酸化する、つまり酸素と化合するということです。
水素が燃えた（燃焼した）ときの化学反応式は、以下のように、水の電気分解と逆になります。
2H2 ＋ O2 → 2H2O
水の電気分解の化学反応式は、以下のとおりです。
2H2O → 2H2 ＋ O2
ここでは、電気エネルギーが投入されているので、電気分解によって生じた水素と酸素の化学エネルギーは、水よりも大きいです。
水素の燃焼は水の電気分解とは逆の反応になる、つまり化学エネルギーが減少します。
エネルギーは移り変わるので、減少した化学エネルギーが、音や光や熱エネルギーとなるから、水素が燃焼すると、激しく熱や光を出して燃えます。
問4
解答：2H2O→H2＋O2
解説：
問2解説参照。
大問5 オームの法則 ★問3がやや難
問1
解答：抵抗･･･b、電流･･･a
解説：
抵抗は電流の流れにくさです。
図2において、4Vのときの電流の大きさは、抵抗器aが200mA、抵抗器bが100mAです。
これより、抵抗器bの方が電流が流れにくいので、抵抗が大きいです。
問2
解答：15Ω
解説：
図3は並列回路なので、抵抗器aと抵抗器cに同じ電圧が加わります。
図2より、6Vのとき抵抗器aには300mAの電流が流れます。
回路全体の電流の大きさが700mAなので、抵抗器cに流れる電流の大きさは、400mA＝400/1000Aです。
抵抗器cには6Vの電圧が加わるので、オームの法則より、
V=IR ⇔ R=V/I＝6V÷（400/1000A）＝6×1000/400＝6000/400＝15Ω
以下、上位校を目指す子向けの内容です。
オームの法則より
抵抗器aの抵抗＝6V÷（300/1000A）＝6×1000/300＝6000/300＝20Ω
並列回路では、各抵抗に同じ大きさの電圧が加わるので、オームの法則より、各抵抗に流れる電流の比は抵抗の逆比になります。
抵抗器aには300mA、抵抗器cには400mAの電流が流れるので、
抵抗器aの抵抗：抵抗器cの抵抗＝400mA：300mA＝4：3＝20Ω：15Ω
よって、抵抗器cの抵抗＝15Ω
問3 ★やや難
解答：550mA
解説：
図2より、
抵抗器bの抵抗＝4V÷（100/1000A）＝4×1000/100＝4000/100＝40Ω
図3より、
抵抗器b（40Ω）と抵抗器c（15Ω）それぞれに6.0Vの電圧が加わるので、オームの法則より、
抵抗器bの電流の大きさ＝6.0V/40Ω
抵抗器cの電流の大きさ＝6.0V/15Ω
並列回路の回路全体の電流の大きさは、それぞれの抵抗に流れる電流を足したものになるので、
6.0V/40Ω＋6.0V/15Ω＝6×55/(40×15)A＝6×55×1000/(40×15)mA＝6×55×25/15＝2×55×5＝10×55＝550mA
以下、上位校を目指す子向けの内容です。
問2より、抵抗器aの抵抗は20Ωです。
図2より、4Vのときに抵抗器aと抵抗器bに流れる電流の比が2：1であるので、オームの法則より、
抵抗器aの抵抗：抵抗器bの抵抗＝1：2＝20Ω：40Ω
よって、抵抗器bの抵抗＝40Ω
図3において、並列回路の合成抵抗は、
合成抵抗＝(40Ω＋15Ω)/(40Ω×15Ω)＝55/600Ω
オームの法則より、回路全体の電流の大きさは、
6.0V÷(55/600Ω)＝6.0×55×1000/600mA＝55×10＝550mA
大問6 消費電力 ★問3がやや難
問1
解答：並列
解説：
重要な事実です。必ず抑えておいてください。
問2
解答：9.8A
解説：
消費電力P[W]＝I[A]×V[V]
⇔ I＝P/V＝980W/100V＝9.8A
問3 ★やや難
解答：ウ
解説：
北海道公立高校入試に出題されたら、おそらく正答率が20％を切るであろう難問です。が、良問ですので、本番では解けるようになってください。
ドライヤーに100Vの電圧を加えたときに流れる電流の大きさは、
I＝P/V＝1200W/100V＝12A
照明器具に100Vの電圧を加えたときに流れる電流の大きさは、
I＝P/V＝350W/100V＝3.5A
加湿器に100Vの電圧を加えたときに流れる電流の大きさは、
I＝P/V＝280W/100V＝2.8A
家庭用の電気配線は並列回路であるから、
電気ストーブと照明器具と加湿器を合わせた電流の大きさは、9.8A＋3.5A＋2.8A＝16.1A
電気ストーブと照明器具と加湿器ではブレーカーが落ちないので、ブレーカーの電流は、選択肢の中は20A以上です。
電気ストーブとドライヤーを合わせた電流の大きさは、9.8A＋12A＝21.8A
問題文より、電気ストーブとドライヤーではブレーカーが落ちるので、ブレーカーの電流は、選択肢の中は20A以下です。
これより、ブレーカーの電流は、選択肢ウの20Aが最も適当であると言えます。
大問7 蒸散量の計算 ★問3がやや難
問1
解答：道管
解説：
根から吸収された水分が通る管は道管、葉で作られた養分が通る管は師管です。
問2
解答：蒸散
解説：
蒸散により、植物体内の水分量や温度を調節します。
問3 ★やや難
解答：4.2
解説：
公立高校入試標準レベルの問題です。現時点では解ける子は少ないと思われます。
蒸散が起こる場所と蒸散量を調べていきます。
①：葉の表＋葉の裏＋茎＝5.5mL
②：葉の表＋茎＝1.6mL
③：葉の裏＋茎＝？
④：茎＝0.3mL
葉の裏＝①（葉の表＋葉の裏＋茎）-②（葉の表＋茎）＝5.5mL-1.6mL＝3.9ｍL
よって、
③（葉の裏＋茎）＝葉の裏＋④（茎）＝3.9ｍL＋0.3mL＝4.2mL
問4
解答：葉の裏側に多くあること。（例）
解説：
問題文に「実験の結果から」とあるので、表を元に考えていきます。
葉の表、葉の裏、茎の蒸散量は、
葉の表＝①（葉の表＋葉の裏＋茎）-③（葉の裏＋茎）＝5.5mL-4.2mL＝1.3mL
葉の裏＝3.9mL
茎＝0.3mL
これより、同一条件で実験を行うと、葉の裏側での蒸散量が最も大きいことが分かります。
蒸散は気孔で行われるので、気孔は葉の裏側に最も多くあると言えます。
大問8 地震の計算問題
問1
解答：主要動
解説：
初期微動はP波（縦波）、主要動はS波（横波）です。
問2
解答：120km
解説：
初期微動継続時間は震源距離に比例するので、比例式を立てて解きます。
24km：4s＝X：20
⇔ X：20＝24：4＝120：20
∴X＝120
問3
解答：①･･･断層、②･･･プレート
解説：
解答の通りです。
大問9 細胞呼吸
問1
解答：ア･･･赤血球、イ･･･組織液
解説：
血液成分のうち、固形成分は赤血球と血小板です。
アは細胞に何らかの成分を与えているので、酸素の少ないところで酸素を離す性質がある、赤血球であると考えられます。
血液成分のうち、液体成分である血しょうの中で、毛細血管からしみ出て細胞間を満たす液体を組織液といいます。
問2
解答：〇･･･c、●･･･a、▲･･･f
解説：
細胞呼吸のメカニズムは、以下のとおりです。
養分＋酸素→水＋二酸化炭素＋アンモニアなどの不要物
養分（ブドウ糖・アミノ酸・脂肪）は、血しょうに溶けて組織液を通じて細胞に送り届けられます。よって、〇は養分（c）です。
酸素は赤血球と結びつき、組織液を通じて赤血球から細胞に送り届けられます。よって、●は酸素（a）です。
□は不要物であることから、▲は二酸化炭素（f）です。
問3
解答：①･･･毛細血管、②･･･細胞呼吸（細胞による呼吸、内呼吸）
解説：
解答の通りです。
大問10 冬の天気の特徴
問1
解答：①･･･A、②･･･A、③･･･B
解説：
地面（固体）は暖まりやすく冷めやすい、海洋（水）は暖まりにくく冷めにくいです。
暖かいと空気は上昇し、冷たいと空気は下降します。
風は冷たい方から暖かい方へ流れます。
以上の事実は、覚えましょう。
夏は日本列島が暖かく、太平洋側は冷たいです。だから、風は太平洋側→日本列島へと流れる南東の風です。
暖かいと空気が上昇しますが、これは、空気のかたまりの温度が高くなることで膨張するため、密度が周囲の空気よりも小さくなるからです。
問2
解答：
解説：
南側は暖かく（暖気）、北側は冷たい（寒気）です。
停滞前線では、南の暖気が北の寒気を押すので、暖気のマークは停滞前線の上側になります。
同時に、北の寒気が南の暖気を押すので、寒気のマークは停滞前線の下側になります。
問3
解答：ア･･･小笠原気団、イ･･･シベリア気団
解説：
図2のつゆの時期は、南方の小笠原気団と北方のオホーツク海気団の勢力がつり合っているため、間に梅雨前線ができます。
図3は冬の時期は、ユーラシア大陸が冷たくなるため、シベリア気団（高気圧）となります。
問4
解答：日本海を通過するときに水蒸気を含むから。（例）
解説：
ユーラシア大陸から流れる冷たく乾燥した北西の風は、日本海で水蒸気と熱を補給し、日本海側で雪を降らせて水分を失い、太平洋側に乾燥した風が吹きます。
大問11 湿度の計算
問1
解答：
解説：
雲量4から、天気は晴れです。
南西の風より、矢羽根を南西に向けます。
風力3より、矢羽根に3本の線を書きます。
問2
解答：エ
解説：
解答の通りです。
問3
解答：21.9g
解説：
表1において、乾球の示度（温度）が30℃より、表3から飽和水蒸気量は30.4g/m3です。
表1において、乾球と湿球の示度の差が4℃より、表2から湿度は72%です。
よって水蒸気量は、
水蒸気量＝30.4g/m3×0.72＝21.888≒21.9g/m3