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1. 屈折率の異なる2つの媒質の境界で光の全反射が起きるのは、次のうちどの状況でしょう?
- 屈折率の低い方から高い方へ入射する時
- 屈折率と全反射は関係ない
- 屈折率の高い方から低い方へ入射する時
光が屈折率の高い媒質から低い媒質へ入射する時、例えば水中から空気中へ光が斜めに進む時、水面から出た光は水面側に少し折れ曲がります。この理屈だと、光が水面スレスレから空気中に出ようとした時には、光は水面から外に出ることができず、水面で鏡のように反射して水中に戻ってきてしまいます。この状態を全反射といい、全反射するかしないかのギリギリの角度を臨界角といいます。
2. 石灰水に息を吹き込むと白濁しますが、この白濁の原因は次のうちどの物質でしょう?
石灰水とは水酸化カルシウム(消石灰)の水溶液です。水酸化カルシウムと二酸化炭素が反応すると、炭酸カルシウムと水が発生します。炭酸カルシウムは水に溶けないので白く濁ります。なお、白濁した状態でさらに多量の二酸化炭素を吹き込むと、濁りが消えて透明になります。これは、生成した炭酸カルシウムがさらに二酸化炭素や水と反応し、水溶性である炭酸水素カルシウムが生成するためです。
3. 力学において、系に対して外力が働かない場合に成り立つ法則は次のうちどれでしょう?
- グリムの法則
- 運動量保存の法則
- 力学的エネルギー保存の法則
運動量保存の法則は、系に対して外力が働かない場合に成り立ちます。力学的エネルギー保存の法則は、系の中に保存力しかないか、非保存力はあるが仕事をしない場合に成り立ちます。例えば2つの球が衝突する場合、もしこの系に対して外力が働いていないとしても、衝突時に非保存力が発生して運動エネルギーが音や熱などのエネルギーに変化するので、力学的エネルギーは保存しません。
4. 動物の発生の過程で原口が肛門になるのはどちらでしょう?
発生が原腸胚期まで進むと原腸が生成されますが、この時に生じる穴の部分を原口といいます。将来この原口が口になる動物を旧口動物(前口動物)といいます。一方で原口が肛門となり、原口とは別に新たに口が生成する動物を新口動物(後口動物)といいます。
5. 次の元素のうち、イオン化傾向がもっとも大きい金属元素はどれでしょう?
標準電極電位はアルミニウムが-1.7V、亜鉛が-0.76Vでありアルミニウムのほうが陽イオンになりやすいです。いずれも両性金属であり、特に強塩基と反応するとテトラヒドロキシド錯イオンになります。また、アルミニウムイオンも亜鉛(II)イオンも少量のアンモニア水を加えると水酸化物となり沈殿しますが、多量のアンモニア水を加えると水酸化亜鉛だけはテトラアンミン亜鉛(II)イオンとなり溶解します。
6. カンブリア紀の動物群とされているのは次のうちどちらでしょう?
- エディアカラ動物群
- バージェス動物群
- どちらにも当てはまらない
エディアカラ動物群は、原生代の最後にあたるエディアカラ紀の生物です。殻や骨格のない柔組織のみを持つことが特徴で、平たくて楕円形のディッキンソニアなどが有名です。バージェス動物群は、エディアカラ紀の直後であり顕生代の最初であるカンブリア紀の生物で、アノマロカリス、ハルキゲニア、オパビニアなどの特徴的な見た目の動物が多いことで有名です。
7. 次の視細胞のうち、色を区別できるが暗所ではほぼ働かないのはどちらでしょう?
- 桿体細胞(かんたいさいぼう)
- T細胞(ティーさいぼう)
- 錐体細胞(すいたいさいぼう)
錐体細胞は網膜の中心部である黄斑に集中しており、色を見分ける機能を担います。ヒトの錐体細胞は3種類の光の波長に対して反応しますが、その感度は桿体細胞と比べると低いため暗い場所ではほぼ機能しません。桿体細胞は明るさに敏感な細胞で、黄斑から離れるほど高密度で分布しているため、暗い場所でも広い視野を確保できますが、色の判別はできません。
8. マレイン酸と幾何異性体(シス-トランス異性体)の関係にあるのはどれでしょう?
構造式 HOOC-CH=CH-COOH で表される有機化合物は1対の幾何異性体を持ち、シス型をマレイン酸、トランス型をフマル酸といいます。両者を加熱するとマレイン酸だけは自身の持つ2つのカルボキシル基から脱水が起きて無水マレイン酸に変化します。フタル酸はベンゼン環に2つのカルボキシル基がオルト位で結合した芳香族化合物であり、加熱により脱水して無水フタル酸に変化します。
9. ニュートンリングの干渉縞を上から見ると、縞の間隔は外側に行くほどどうなっているでしょう?
- 間隔が狭くなる(縞が細くなる)
- 間隔が広くなる(縞が太くなる)
- シマウマのように不規則になる
ニュートンリングを上から見ると同心円の明暗の縞模様に見えます。この原因である平面ガラスと平凸レンズとの隙間は、外側に行くほど広くなります。つまり r が大きくなるほど光路差 (r^2)/R は急激に大きくなります(rは中心からの距離、Rは凸レンズの曲率半径)。このため、外側に行くほど明暗が細かく反転することから、縞の間隔は狭くなります。
10. 地層の走向を計測する時にクリノメーターがNとEの中央を指示している場合、この地層面の走向はどのように表現するでしょう?
クリノメーターとは地層の走向と傾斜を測定する装置であり、特に走向の計測値の記録が容易になるように、表示器の方位磁針の目盛りはあえて東西を逆にして書かれています。したがって、クリノメーターがNとEの中央、つまり左斜め上を指示している時、その地層の走向は表示通りN45°Eと表現されます。
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