生物のからだのはたらき

同じ種類で、大きさと葉の枚数がほぼ同じ 2 本のホウセンカの枝 A, B を用意した。A はそのままにし、B はすべての葉を切り取って、切り口にワセリンをぬった。A, B 以外の条件はすべて同じにして、同じ量の水を入れた 2 本のメスシリンダーにそれぞれさし、水面に少量の油を浮かべた。明るく風通しのよい場所に 3 時間置いたところ、メスシリンダーの水の減少量は次のようになった。

水の減少量は、枝から蒸散した水の量に等しいものとする。この 3 時間で、A の葉から蒸散した水の量は何 $\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ か。

葉のついた植物の枝を、透明な密閉容器に入れて、容器内の二酸化炭素の量を調べる実験を行った。温度はつねに一定に保った。

• 容器全体をおおって光が当たらないようにして 1 時間置くと、容器内の二酸化炭素は $6\mathrm{mg}$ 増加した。
• 次に、同じ枝に光を当てて 1 時間置くと、容器内の二酸化炭素は $14\mathrm{mg}$ 減少した。

容器内の二酸化炭素の増減は、この枝の光合成と呼吸だけによるものとし、枝が呼吸で出す二酸化炭素の量は、光を当てたときも当てないときも同じであるとする。光を当てた 1 時間に、この枝が光合成で吸収した二酸化炭素の量は何 $\mathrm{mg}$ か。

ある中学生が安静にしているときの脈拍数を測ったところ、1 分間に 72 回であった。この中学生の心臓の左心室は、1 回の拍動で $70\mathrm{mL}$ の血液を全身へ送り出すものとする。また、脈拍数は心臓の拍動数と等しいものとする。

この中学生の左心室が 1 分間に送り出す血液の量は何 $\mathrm{mL}$ か。

10 人が輪になって、となりの人と手をつないだ。1 人目の人が右手でストップウォッチをスタートさせると同時に、左手でとなりの人の右手をにぎった。手をにぎられた人は、すぐに左手でとなりの人の右手をにぎる。これを順に続け、最後に 1 人目の人が右手をにぎられたら、すぐにストップウォッチを止めた。この実験を 3 回行ったところ、記録は次のようになった。

3 回の記録の平均が、10 人がそれぞれ 1 回ずつ反応するのにかかった時間の合計であり、1 人あたりの反応時間はみな同じであるとする。1 人あたりの反応時間は何秒か。

同じ種類で、葉の枚数と大きさ、茎の太さと長さがそれぞれ同じアジサイの枝 A, B, C を用意し、次のような処理をした。

• A：何もしない。
• B：すべての葉の表側にワセリンをぬる。
• C：すべての葉の裏側にワセリンをぬる。

A, B, C を、同じ量の水を入れたメスシリンダーにそれぞれさし、水面に少量の油を浮かべて、同じ場所に 4 時間置いた。その結果、水の減少量は次のようになった。

ワセリンをぬった部分からは蒸散が起こらず、水の減少量は枝から蒸散した水の量に等しいものとする。この 4 時間で、A の葉の裏側から蒸散した水の量は何 $\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ か。

ある植物の鉢植えを透明な密閉容器に入れ、温度を一定に保って容器内の二酸化炭素の量を調べた。光を当てているときは、容器内の二酸化炭素が 1 時間あたり $9\mathrm{mg}$ 減少した。光を当てていないときは、容器内の二酸化炭素が 1 時間あたり $3\mathrm{mg}$ 増加した。

この容器に、1 日（24 時間）のうち 14 時間は光を当て、残りの 10 時間は光を当てずに置いた。1 時間あたりの増減の量はつねに上の値のとおりであるとする。この 1 日で、容器内の二酸化炭素は全体で何 $\mathrm{mg}$ 減少したか。

3 本の試験管 1, 2, 3 に、同じ濃さのうすいデンプン溶液を $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ ずつ入れ、さらに次のものを $2\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ ずつ加えた。

• 試験管 1：水
• 試験管 2：一度沸騰させてから $40{}^{\circ }\mathrm{C}$ まで冷ましただ液
• 試験管 3：うすめただ液（加熱していないもの）

3 本の試験管を約 $40{}^{\circ }\mathrm{C}$ の湯に 10 分間入れたあと、それぞれにヨウ素液を数滴加えたところ、結果は次のようになった。

ヨウ素液はデンプンがあると青紫色になるものとする。この結果から、デンプンが分解されてなくなったと判断できる試験管はどれか。試験管の番号で答えよ。

ある人のあしの筋肉に流れこむ動脈血には、血液 1 mL あたり 0.20 mL の酸素がふくまれていた。また、あしの筋肉から出ていく静脈血には、血液 1 mL あたり 0.14 mL の酸素がふくまれていた。この筋肉には、1 分間に 500 mL の血液が流れたとする。

血液がふくむ酸素の量が減った分は、すべて筋肉の細胞が受けとったものとすると、この筋肉の細胞が 1 分間に受けとった酸素は何 mL ですか。

ある人が、右手の皮ふにものがふれたのを感じたら、すぐに右手を動かすという反応を行った。このとき、刺激を受けてから手が動き始めるまでの時間（反応時間）は 0.18 秒だった。

この反応で、信号は右手の皮ふから感覚神経とせきずいを通って脳まで 1.0 m 伝わり、脳からせきずいと運動神経を通って右手の筋肉まで 1.0 m 伝わるものとする。神経を信号が伝わる速さはどこでも 50 m/s とし、反応時間は「神経を信号が伝わる時間」と「脳で判断する時間」の合計であるとする。

このとき、脳で判断するのにかかった時間は何秒ですか。

試験管 A に、うすいデンプン溶液 10 mL とうすめただ液 1 mL を入れ、40 ℃ に保った。調べたところ、試験管 A のデンプンは、だ液を入れてからちょうど 8 分後にすべてなくなった。

次に、試験管 B に、試験管 A と同じこさのデンプン溶液 15 mL と、試験管 A と同じうすめただ液 2 mL を入れ、同じように 40 ℃ に保った。

分解されるデンプンの量は、加えただ液の量と時間にそれぞれ比例するものとすると、試験管 B のデンプンがすべてなくなるのは、だ液を入れてから何分後ですか。

ある人が安静にしているとき、手首で脈拍を数えたところ、15 秒間に 18 回であった。この人の心臓の左心室は、1 回の拍動で $80\text{mL}$ の血液を大動脈へ送り出すものとする。また、この人の体内を流れる血液の量は全部で $4.8\text{L}$ とする。

この人の左心室から送り出される血液の量が、体内の血液の量 $4.8\text{L}$ と等しくなるのにかかる時間は何秒ですか。

ただし、脈拍の回数は心臓の拍動の回数と等しく、拍動の速さと 1 回に送り出す血液の量はつねに一定であるものとする。

A さんをふくむ 8 人が輪になって手をつなぎ、次の実験を行った。

1. A さんは右手にストップウォッチを持ち、左手でとなりの人の右手をにぎると同時にストップウォッチをスタートさせる。
2. 右手をにぎられた人は、すぐに左手でとなりの人の右手をにぎる。これを順に続ける。
3. 最後の人が A さんの右手首をにぎったら、A さんはすぐにストップウォッチを止める。

この実験を 3 回行ったところ、ストップウォッチの記録は $2.42$ 秒、$2.38$ 秒、$2.40$ 秒であった。3 回の記録の平均から考えると、1 人が手をにぎられてから次の人の手をにぎるまでにかかる時間は何秒ですか。ただし、A さんが右手首をにぎられてからストップウォッチを止めるまでの時間も、ほかの人が手をにぎられてから次の人の手をにぎるまでの時間と同じとし、8 人ともこの時間は等しいものとする。

ある植物の苗を温度が一定の部屋で育て、植物全体にふくまれる有機物（デンプンなど）の質量の変化を調べたところ、次のことがわかった。

• 光を当てているとき：植物全体の有機物の質量は、1 時間あたり $9\text{mg}$ ずつ増加した。
• 光を当てていないとき：植物全体の有機物の質量は、1 時間あたり $3\text{mg}$ ずつ減少した。

この植物に、1 日（24 時間）のうち何時間か光を当て、残りの時間は光を当てないようにする。1 日たったときに植物全体の有機物の質量が、はじめと比べて増えも減りもしないようにするには、1 日に何時間光を当てればよいですか。ただし、光を当てているときと当てていないときの有機物の質量の変化の割合は、それぞれ上の値のまま一定であるものとする。

同じ種類の植物から、葉の枚数・大きさ、茎の太さと長さがそろった 3 本の枝 X, Y, Z を用意し、次のようにした。

• 枝 X：何もしない。
• 枝 Y：すべての葉の裏側にワセリンをぬる。
• 枝 Z：すべての葉をとり去り、葉をとった切り口にワセリンをぬる。

それぞれの枝を、同じ量の水を入れた別々の試験管にさし、水面に少量の油をたらした。明るく風通しのよい同じ場所に 3 時間置いたあと、減った水の量を調べると、次のようになった。

• 枝 X：$6.4\text{mL}$
• 枝 Y：$1.6\text{mL}$
• 枝 Z：$0.4\text{mL}$

この結果から考えると、葉の裏側からの蒸散量は、葉の表側からの蒸散量の何倍ですか。ただし、試験管で減った水の量は枝からの蒸散量と等しく、ワセリンをぬった部分や切り口からは蒸散は起こらないものとする。また、葉をとり去っても茎からの蒸散量は変わらないものとする。

ある人が安静にしているときについて、次のことがわかっている。

• 左心室から大動脈へ送り出される血液（動脈血）には、血液 $100\text{mL}$ あたり $20\text{mL}$ の酸素がふくまれている。
• 全身の組織を通って心臓にもどってくる血液（静脈血）には、血液 $100\text{mL}$ あたり $15\text{mL}$ の酸素がふくまれている。
• 全身の組織が 1 分間に血液から受け取る酸素の量は $240\text{mL}$ である。
• 心臓の拍動の数は 1 分間に 64 回である。

左心室から送り出された血液はすべて全身の組織を通って心臓にもどり、その間に酸素の量が動脈血の値から静脈血の値まで減るものとする。また、左心室が 1 回の拍動で送り出す血液の量はつねに同じであるとする。このとき、左心室が 1 回の拍動で送り出す血液の量は何 mL ですか。

ある人について、安静にしているときと運動しているときの心臓のはたらきを調べた。

• 安静にしているとき：心臓は 1 分間に 60 回拍動し、左心室は 1 回の拍動で $70\text{mL}$ の血液を大動脈へ送り出していた。
• 運動しているとき：左心室が 1 分間に送り出す血液の量は、安静にしているときの 3 倍になり、1 回の拍動で送り出す血液の量は $105\text{mL}$ になった。

運動しているときの心臓の拍動の数は、1 分間に何回ですか。ただし、運動しているときの拍動の数と 1 回に送り出す血液の量はそれぞれ一定であったとする。

同じ量の水を入れた透明なびん A, B, C を用意し、すき間なくふたをして、水の温度を一定に保ったまま、一定の強さの光を当てた。それぞれのびんの水にとけている酸素の量の変化を調べたところ、次のようになった。

• びん A：同じ大きさのオオカナダモを 1 本だけ入れた。酸素の量は 1 時間あたり $0.3\text{mg}$ ずつ増えた。
• びん B：メダカを 1 ぴきだけ入れた。酸素の量は 1 時間あたり $1.5\text{mg}$ ずつ減った。
• びん C：何も入れなかった。酸素の量は変化しなかった。

同じびんに、びん B と同じメダカ 1 ぴきと、びん A と同じオオカナダモを何本か入れ、同じ条件で光を当てる。びんの水にとけている酸素の量が減らないようにするには、オオカナダモを最も少なくて何本入れればよいですか。

ただし、オオカナダモ 1 本あたりの酸素の量の変化と、メダカが使う酸素の量は、いっしょに入れても変わらないものとする。

だ液のはたらきを調べるため、同じこさのデンプン溶液、水でうすめた同じこさのだ液（以下、だ液溶液）、だ液溶液を十分に沸騰させてから冷ましたもの（以下、加熱しただ液溶液）を用意し、次の実験を行った。試験管はすべて $40^{\circ }\text{C}$ の湯に入れて温度を一定に保ち、1 分ごとに少量を取り出してヨウ素液を加え、青紫色に変化しなくなるまでの時間を調べた。

• 試験管 A：デンプン溶液 $10\text{mL}$ とだ液溶液 $2\text{mL}$ を入れた。6 分後に青紫色に変化しなくなった。
• 試験管 B：デンプン溶液 $10\text{mL}$ と水 $2\text{mL}$ を入れた。60 分たっても青紫色に変化した。
• 試験管 C：デンプン溶液 $10\text{mL}$ と加熱しただ液溶液 $2\text{mL}$ を入れた。60 分たっても青紫色に変化した。

次に、試験管 D にデンプン溶液 $15\text{mL}$、だ液溶液 $1\text{mL}$、加熱しただ液溶液 $2\text{mL}$ を入れ、同じように $40^{\circ }\text{C}$ に保った。

はたらきをもつだ液が一定時間に分解するデンプンの量は、加えただ液溶液の量と時間のそれぞれに比例し、試験管内の液の全体の量には関係しないものとする。また、試験管 A, B, C の結果から考えて、はたらきを失ったものはデンプンを分解しないものとする。試験管 D が青紫色に変化しなくなるのは、実験を始めてから何分後ですか。

ある植物から、茎の太さと長さがそろい、同じ大きさの葉がついた枝 P, Q, R を用意し、次のようにした。

• 枝 P：葉が 8 枚ついたまま、何もぬらない。
• 枝 Q：葉が 8 枚ついたまま、すべての葉の裏側にワセリンをぬる。
• 枝 R：葉をすべて切り取り、切り口にワセリンをぬる。

それぞれの枝を、水を入れた別々の三角フラスコにさし、水面に少量の油をたらしてから、三角フラスコ全体の質量を電子てんびんではかった。明るく風通しのよい同じ場所に 5 時間置いたあと、もう一度質量をはかったところ、質量の減少は P が $4.4\text{g}$、Q が $1.6\text{g}$、R が $0.4\text{g}$ であった。

次に、同じ植物から、茎の太さと長さが P, Q, R と同じで、同じ大きさの葉が 12 枚ついた枝 S を用意し、すべての葉の表側にワセリンをぬった。枝 S を同じように三角フラスコにさし、同じ場所に同じ条件で 5 時間置いたとき、三角フラスコ全体の質量の減少は何 g になると考えられますか。

ただし、質量の減少はすべて枝からの蒸散によるものとし、ワセリンをぬった部分からは蒸散が起こらないものとする。また、葉 1 枚の表側からの蒸散量はどの葉でも同じで、葉 1 枚の裏側からの蒸散量もどの葉でも同じであるとし、茎からの蒸散量はどの枝でも同じであるとする。

何人かが輪になって手をつなぎ、次の実験を行った。

1 人目の人がストップウォッチをスタートさせると同時に、となりの人の手をにぎる。手をにぎられた人は、にぎられたらすぐに反対の手でさらにとなりの人の手をにぎる。これを順に行い、最後の人が 1 人目の人の手をにぎったら、1 人目の人はすぐにストップウォッチを止める。

• 10 人で行ったとき、ストップウォッチの示した時間は $2.7$ 秒であった。
• 16 人で行ったとき、ストップウォッチの示した時間は $4.2$ 秒であった。

1 人目の人がストップウォッチをスタートさせ、手をにぎられてから止めるまでにかかる時間は人数によらず一定であり、1 人目以外の人が手をにぎられてからとなりの人の手をにぎるまでの時間は、どの人も同じであるとする。

また、1 人目以外の人が手をにぎられてからとなりの人の手をにぎるまでの間に、信号は手の皮膚から感覚神経とせきずいを通って脳まで $0.9\text{m}$、脳からせきずいと運動神経を通って反対の手の筋肉まで $0.9\text{m}$ 伝わるものとし、神経を信号が伝わる速さは $60\text{m/s}$ とする。残りの時間はすべて脳で判断して命令を出すのにかかる時間であるとすると、1 人あたりの脳で判断して命令を出すのにかかる時間は何秒ですか。

ある人が安静にしているときについて、次のことがわかっている。

• 心臓は 1 分間に 75 回拍動し、左心室は 1 回の拍動で $72\text{mL}$ の血液を大動脈へ送り出す。
• 左心室から送り出された血液のうち、$\frac{1}{5}$ が腎臓へ流れこむ。
• 腎臓へ流れこむ血液には、血液 $1\text{mL}$ あたり $0.25\text{mg}$ の尿素がふくまれている。
• 腎臓から出ていく血液には、血液 $1\text{mL}$ あたり $0.24\text{mg}$ の尿素がふくまれている。

腎臓へ流れこむ血液の量と腎臓から出ていく血液の量は等しく、腎臓を通る間に血液から減った尿素はすべて尿として体外へ出されるものとする。また、心臓の拍動の数と 1 回に送り出す血液の量はつねに一定であるとする。この人の腎臓で、1 時間に血液から取りのぞかれる尿素は何 mg ですか。

同じ量の水を入れた透明なびん X, Y を用意し、びん X にだけオオカナダモを入れて、どちらもすき間なくふたをした。水の温度はつねに一定に保ち、水にとけている酸素の量を調べたところ、次の結果になった。

• 一定の強さの光を当てたとき：びん X の酸素の量は 1 時間あたり $3.6\text{mg}$ ずつ増え、びん Y の酸素の量は変化しなかった。
• 光を当てないとき：びん X の酸素の量は 1 時間あたり $0.9\text{mg}$ ずつ減り、びん Y の酸素の量は変化しなかった。

びん X に、同じ強さの光を 1 日（24 時間）のうち何時間か当て、残りの時間は光を当てないようにする。1 日たったときに、びん X の水にとけている酸素の量がはじめと同じになるのは、1 日のうち光を当てる時間が何時間のときですか。

ただし、オオカナダモの光合成と呼吸の割合は、光を当てている間と当てていない間でそれぞれ一定であり、1 日の間で変わらないものとする。また、びんの中の酸素は外へ出ていかないものとする。

同じこさのデンプン溶液を $10\text{mL}$ ずつ入れた試験管を用意し、だ液を水で 10 倍にうすめたもの（以下、だ液 X）と、だ液を水で 20 倍にうすめたもの（以下、だ液 Y）を使って、次の実験を行った。試験管はすべて $40^{\circ }\text{C}$ の湯に入れて温度を一定に保ち、30 秒ごとに少量を取り出してヨウ素液を加え、青紫色に変化しなくなるまでの時間を調べた。

• 試験管 P：だ液 X を $2\text{mL}$ 加えた。8 分後に青紫色に変化しなくなった。
• 試験管 R：だ液 Y を $2\text{mL}$ 加えた。16 分後に青紫色に変化しなくなった。

次に、デンプン溶液 $10\text{mL}$ を入れた試験管 S にだ液 X を $2\text{mL}$ 加えて $40^{\circ }\text{C}$ に保ち、5 分後に、さらにだ液 X を $2\text{mL}$ 加えて、そのまま $40^{\circ }\text{C}$ に保った。

だ液が一定時間に分解するデンプンの量は時間に比例し、また試験管 P と R の結果からわかるように、試験管にふくまれるだ液そのものの量に比例するものとする。液の全体の量はデンプンの分解の速さに関係せず、取り出す少量の液は考えなくてよいものとする。試験管 S が青紫色に変化しなくなるのは、はじめにだ液 X を加えてから何分後ですか。

ある人について、刺激を受けてから反応するまでの時間を調べる実験を行った。

この人は右手の人さし指をボタンの上に置き、目を閉じて座った。別の人が、この人の皮膚を細い棒で軽くふれた。この人は、ふれられたと感じたらすぐに右手の人さし指でボタンをおした。ふれてからボタンがおされるまでの時間を、ふれる場所を変えて 5 回ずつはかったところ、結果は次のようになった。

• 右肩の皮膚にふれたとき：$0.18$ 秒，$0.20$ 秒，$0.19$ 秒，$0.19$ 秒，$0.19$ 秒
• 右手の指先の皮膚にふれたとき：$0.21$ 秒，$0.20$ 秒，$0.21$ 秒，$0.20$ 秒，$0.21$ 秒

指先で受けとった刺激の信号は、感覚神経を通って右肩の位置を通り、その先は右肩にふれたときと同じ道すじで伝わるものとする。指先から右肩までの感覚神経の長さは $0.80\text{m}$ である。

次に、この人の右手の指先が熱いものにふれ、意識とは関係なく手を引っこめる反射が起こった場合を考える。このとき信号は、指先から感覚神経を通ってせきずいまで $1.0\text{m}$ 伝わり、せきずいで $0.008$ 秒かけて命令の信号に切りかえられ、せきずいから運動神経を通って腕の筋肉まで $0.60\text{m}$ 伝わる。

感覚神経と運動神経で信号が伝わる速さはどちらも同じで一定であり、実験の 5 回の平均から求められる速さに等しいものとする。指先が熱いものにふれてから、信号が腕の筋肉に届くまでの時間は何秒ですか。

ある人が安静にしているときについて、次のことがわかっている。

• 手首で脈拍を数えたところ、20 秒間に 25 回であった。脈拍の数と心臓の拍動の数は等しいものとする。
• 心臓の左心室は、1 回の拍動で $80\text{mL}$ の血液を大動脈へ送り出す。
• 左心室から送り出された血液のうち、$20\%$ が腎臓へ流れこむ。
• 腎臓へ流れこむ血液には、血液 $100\text{mL}$ あたり $30\text{mg}$ の尿素がふくまれている。腎臓から出ていく血液には、血液 $100\text{mL}$ あたり $29\text{mg}$ の尿素がふくまれている。
• 腎臓へ流れこむ血液の体積と、腎臓から出ていく血液の体積は等しいものとする。
• 腎臓で血液からとり除かれた尿素は、すべて尿にふくまれて排出される。この人の尿には、尿 $100\text{mL}$ あたり $1.8\text{g}$ の尿素がふくまれている。

この人が安静にしているとき、1 時間につくられる尿は何 mL ですか。

ある植物から、葉の枚数・大きさ・茎の太さと長さがそろった枝 A, B, C, D を用意した。どの枝にも同じ大きさの葉が 10 枚ついている。それぞれの枝を同じ量の水を入れた別々のメスシリンダーにさし、水面に少量の油をたらして水面からの水の蒸発を防いだ。枝には次の処理をした。

• A：何も処理しない
• B：10 枚すべての葉の表側にワセリンをぬる
• C：10 枚すべての葉の裏側にワセリンをぬる
• D：葉を 5 枚切り取り（切り口にはワセリンをぬる）、残った 5 枚の葉の裏側にワセリンをぬる

A, B, C を明るく風通しのよい同じ場所に 5 時間置いたところ、水の減少量は A が $7.6\text{g}$、B が $6.2\text{g}$、C が $1.8\text{g}$ であった。

枝 D を同じ条件の場所に 8 時間置いたとき、水の減少量は何 g になると考えられますか。

ただし、ワセリンをぬった部分や切り口からは水は出ていかないものとする。また、水の減少量は蒸散した水の量と等しく、どの葉からの蒸散量も同じで、葉の表・葉の裏・茎のそれぞれからの蒸散量は置いた時間に比例し、葉を切り取っても茎や残った葉からの蒸散量は変わらないものとする。

ある鉢植えの植物を、透明で空気が出入りしない大きな容器に入れ、容器内の二酸化炭素の量の変化を調べた。温度はつねに一定に保った。結果は次のとおりであった。

• 光を当てないとき：容器内の二酸化炭素は 1 時間あたり $12\text{mg}$ ずつ増えた。
• 強い光を当てたとき：容器内の二酸化炭素は 1 時間あたり $30\text{mg}$ ずつ減った。
• 弱い光を当てたとき：容器内の二酸化炭素は 1 時間あたり $4\text{mg}$ ずつ減った。

この植物に、1 日（24 時間）のうち強い光を 6 時間、弱い光を $t$ 時間当て、残りの時間は光を当てないようにした。このとき、24 時間で、植物が光合成によって吸収した二酸化炭素の量と、植物が呼吸によって放出した二酸化炭素の量がちょうど等しくなった。$t$ は何時間ですか。

ただし、$t$ は $0<t<18$ を満たす数とする。また、植物の呼吸によって放出される二酸化炭素の量は、光の有無や強さに関係なく 1 時間あたり一定であり、強い光・弱い光を当てたときの光合成の量もそれぞれ 1 時間あたり一定であるものとする。容器内の二酸化炭素の量は、植物の光合成と呼吸だけによって変化し、容器内の二酸化炭素がなくなることはないものとする。

血液中の赤血球にふくまれるヘモグロビンは、酸素の多いところでは酸素と結びつき、酸素の少ないところでは酸素をはなす。血液 $100\text{mL}$ にふくまれるヘモグロビンがすべて酸素と結びついたとき、その血液は $20\text{mL}$ の酸素を運ぶことができる。

ある人が運動をしているとき、次のことがわかった。

• 心臓の左心室から送り出された動脈血では、ヘモグロビンのうち $95\%$ が酸素と結びついていた。
• 全身の組織を通ったあとの静脈血では、ヘモグロビンのうち $25\%$ が酸素と結びついていた。
• 心臓の左心室は、1 回の拍動で $105\text{mL}$ の血液を送り出していた。
• 全身の組織は、1 分間に $1470\text{mL}$ の酸素を受けとっていた。

このとき、この人の心臓は 1 分間に何回拍動していましたか。ただし、全身の組織が受けとる酸素は、動脈血のヘモグロビンが組織ではなした酸素だけとし、左心室から送り出された血液はすべて全身の組織を通るものとする。

だ液のはたらきを調べるために、同じこさのデンプン溶液と、水でうすめた同じこさのだ液を用意し、次の試験管 A〜C をつくった。

• 試験管 A：デンプン溶液 $10\text{mL}$ ＋ うすめただ液 $2\text{mL}$
• 試験管 B：デンプン溶液 $10\text{mL}$ ＋ うすめただ液 $1\text{mL}$ ＋ 水 $1\text{mL}$
• 試験管 C：デンプン溶液 $10\text{mL}$ ＋ 水 $2\text{mL}$

3 本の試験管を $40{}^{\circ }\text{C}$ の湯に入れ、1 分ごとに中の液を少しとってヨウ素液を加え、色が青紫色に変化しなくなるまでの時間を調べた。その結果、A は $6$ 分、B は $12$ 分で青紫色に変化しなくなったが、C は $30$ 分たっても青紫色に変化した。

次に、同じデンプン溶液 $20\text{mL}$ に同じうすめただ液 $1.5\text{mL}$ を加えた試験管 D をつくり、同じように $40{}^{\circ }\text{C}$ の湯に入れた。試験管 D の液がヨウ素液で青紫色に変化しなくなるまでの時間は何分ですか。

ただし、だ液によって 1 分間あたりに分解されるデンプンの量は、加えただ液の量に比例し、時間がたっても変わらないものとする。また、液をとり出すことによる量の変化や、液の全体の体積のちがいによる影響は考えないものとし、ヨウ素液で青紫色に変化しなくなったときにデンプンがすべて分解されたものとする。

ある植物を温度が一定の部屋に置き、当てる光の強さを変えて、植物が 1 時間あたりに外に出す酸素の量、または外からとり入れる酸素の量を調べた。結果は次のとおりであった。

• 光を当てないとき：1 時間あたり $4\text{mL}$ の酸素をとり入れた。
• 弱い光を当てたとき：1 時間あたり $2\text{mL}$ の酸素を出した。
• 強い光を当てたとき：1 時間あたり $12\text{mL}$ の酸素を出した。

この植物に、1 日（24 時間）のうち、強い光を $6$ 時間、弱い光を $4$ 時間当て、残りの時間は光を当てなかった。この 1 日の間に、この植物が光合成によってつくり出した酸素の量は全部で何 mL ですか。

ただし、呼吸で使われる酸素の量は、光の有無や強さに関係なく 1 時間あたり一定であるものとし、光を当てないときは光合成は行われないものとする。また、植物が出したりとり入れたりする酸素は、光合成でつくられる酸素と呼吸で使われる酸素の差だけで決まるものとする。

ある植物の葉を使って、次の実験を行った。温度はつねに一定に保ち、葉のつけねは処理をして、葉でつくられた養分が葉の外へ運び出されないようにしてある。

1. 朝、同じ株の、大きさと厚さがそろった葉を何枚か選んだ。そのうちの一部から面積の合計が $100{\text{cm}}^2$ になるように葉を切り取り、乾燥させて質量をはかったところ $0.80\text{g}$ であった。
2. 残りの葉のうち一部をアルミニウムはくでおおって光が当たらないようにし、ほかの葉には一定の強さの光を当てて、5 時間置いた。
3. 5 時間後、アルミニウムはくでおおった葉と、光を当てた葉から、それぞれ面積の合計が $100{\text{cm}}^2$ になるように切り取り、乾燥させて質量をはかったところ、アルミニウムはくでおおった葉は $0.70\text{g}$、光を当てた葉は $1.10\text{g}$ であった。

実験前の葉は、面積が同じであれば乾燥させたときの質量も同じであったとする。また、乾燥させたときの質量の変化は、光合成でつくられる養分と呼吸で使われる養分だけによるものとし、呼吸は光が当たっているときも当たっていないときも同じ割合で行われ、光合成は光が当たっている間だけ同じ割合で行われるものとする。

この植物で、同じように処理した面積の合計が $600{\text{cm}}^2$ の葉に、同じ強さの光を 1 日（24 時間）のうち 10 時間当て、残りの 14 時間は光を当てなかった。この 1 日で、葉を乾燥させたときの質量は合計で何 g 増加すると考えられますか。

ある植物について、次の観察と実験を行った。

観察　この植物の葉の表側と裏側の表皮をはがして顕微鏡で観察し、同じ面積あたりの気孔の数を数えたところ、表側は 15 個、裏側は 60 個であった。

実験　茎の太さと長さがそろい、同じ大きさの葉が 10 枚ついた枝 A, B を用意した。枝 A には何もぬらず、枝 B はすべての葉の表側にワセリンをぬった。それぞれを水の入った別々の試験管にさし、水面に少量の油をたらして、明るく風通しのよい同じ場所に 4 時間置いた。4 時間で減った水の量は、A が $6.4\text{mL}$、B が $5.2\text{mL}$ であった。

次に、同じ植物から、茎の太さと長さが A, B と同じで、同じ大きさの葉が 15 枚ついた枝 C を用意した。15 枚の葉のうち 9 枚は裏側だけに、残りの 6 枚は表側だけにワセリンをぬった。枝 C を同じように試験管にさし、同じ場所に同じ条件で 4 時間置いたとき、減る水の量は何 mL になると考えられますか。

ただし、減った水の量はすべて蒸散した水の量に等しく、ワセリンをぬった部分からは蒸散が起こらないものとする。葉からの蒸散量は気孔の数に比例し、どの葉も表側・裏側それぞれの気孔の数は観察の結果と同じ割合でついているものとする。また、茎からの蒸散量はどの枝でも同じであるとする。

ある植物から、茎の太さと長さがそろった枝 A, B, C を用意した。どの枝についている葉も、すべて同じ大きさである。ただし、ついている葉の枚数は枝によって異なる。それぞれの枝に次の処理をした。

• 枝 A：葉が 8 枚ついている。何もしない。
• 枝 B：葉が 6 枚ついている。すべての葉の表側にワセリンをぬる。
• 枝 C：葉が 10 枚ついている。すべての葉の裏側にワセリンをぬる。

それぞれの枝を、同じ量の水を入れた別々のメスシリンダーにさし、水面に少量の油をたらした。これらを明るく風通しのよい同じ場所に 3 時間置き、水の減少量を調べたところ、枝 A は $7.2\text{mL}$、枝 B は $4.4\text{mL}$、枝 C は $2.8\text{mL}$ であった。

次に、同じ植物から、茎の太さと長さが枝 A〜C とそろっていて、同じ大きさの葉が 12 枚ついた枝 E を用意した。12 枚の葉のうち 4 枚は表側と裏側の両方に、残りの 8 枚は表側だけにワセリンをぬった。枝 E を同じようにメスシリンダーにさし、水面に油をたらして、同じ場所に 6 時間置いた。このとき、水の減少量は何 mL になると考えられますか。

ただし、水の減少量は枝からの蒸散量に等しいものとする。また、葉 1 枚の表側からの蒸散量、葉 1 枚の裏側からの蒸散量、茎からの蒸散量は、それぞれどの枝でも同じで、時間に比例するものとする。ワセリンをぬった部分からは蒸散が起こらないものとする。

ある植物の苗を、透明で空気が出入りしない容器に入れ、容器内の二酸化炭素の量の変化を調べた。光を当てるときは、つねに同じ強さの光を当てた。結果は次のとおりであった。

• 温度 $25^{\circ }\text{C}$ で光を当てないとき：容器内の二酸化炭素は 1 時間あたり $6\text{mg}$ ずつ増加した。
• 温度 $25^{\circ }\text{C}$ で光を当てたとき：容器内の二酸化炭素は 1 時間あたり $18\text{mg}$ ずつ減少した。
• 温度 $15^{\circ }\text{C}$ で光を当てないとき：容器内の二酸化炭素は 1 時間あたり $3\text{mg}$ ずつ増加した。

この植物が光合成によってとり入れる二酸化炭素の量は、光の強さが同じならば、$15^{\circ }\text{C}$ と $25^{\circ }\text{C}$ で変わらないものとする。また、呼吸で出す二酸化炭素の量は、温度が同じならば光を当てても当てなくても変わらないものとする。

次に、この苗と同じ種類・同じ大きさの苗を 2 つ用意し、一方を一日中 $25^{\circ }\text{C}$ に保った部屋 A に、もう一方を一日中 $15^{\circ }\text{C}$ に保った部屋 B に置いた。どちらの部屋でも、1 日（24 時間）のうち同じ $x$ 時間だけ上と同じ強さの光を当て、残りの時間は光を当てなかった。すると、1 日の間に苗が差し引きで外からとり入れた二酸化炭素の量は、部屋 B の苗が部屋 A の苗の 2 倍になった。$x$ は何時間ですか。

ある人が安静にしているときの呼吸と血液のようすを調べたところ、次のことがわかった。

• 1 分間の呼吸の回数は 12 回で、1 回の呼吸で吸う空気の体積とはく空気の体積はどちらも $420\text{mL}$ であった。
• 吸う空気には体積の $21\%$、はく空気には体積の $16\%$ の酸素がふくまれていた。
• 肺動脈を通って肺に入る血液 $100\text{mL}$ には $15\text{mL}$ の酸素が、肺静脈を通って肺から出る血液 $100\text{mL}$ には $20\text{mL}$ の酸素がふくまれていた。
• 手首で脈拍を数えたところ、20 秒間に 24 回であった。

吸う空気とはく空気にふくまれる酸素の体積の差は、すべて肺で血液にとりこまれるものとする。また、脈拍の数は心臓の拍動の数と等しく、心臓の右心室と左心室は 1 回の拍動でそれぞれ同じ体積の血液を送り出すものとする。このとき、この人の左心室が 1 回の拍動で大動脈へ送り出す血液は何 mL ですか。

だ液のはたらきと、消化によってできた物質の性質を調べるため、セロハンの袋を使って次の実験を行った。セロハンには、とても小さな穴が多数あいている。用いた液は、ある一定のこさのデンプン溶液、水でうすめただ液（以下、だ液溶液）、糖をとかした糖溶液である。だ液溶液には、デンプンも糖もふくまれていない。

実験はすべて $40^{\circ }\text{C}$ で行い、「十分に時間をおく」とは、それ以上待っても袋の中と外の液のようすが変化しなくなるまで待つことを表す。袋の中と外の液の体積は、実験中に変化しないものとする。また、検査のために液をごく少量とっても、液の体積は変わらないものとする。

• 袋 B：デンプン溶液 $10\text{mL}$ と水 $10\text{mL}$ を入れて口を閉じ、水 $60\text{mL}$ を入れたビーカーにしずめ、十分に時間をおいた。袋の外の水はヨウ素液を加えても変化せず、ベネジクト液を加えて加熱しても変化しなかった。袋の中の液はヨウ素液を加えると青紫色になった。
• 袋 C：糖 $100\text{mg}$ をふくむ糖溶液 $20\text{mL}$ を入れて口を閉じ、水 $60\text{mL}$ を入れたビーカーにしずめ、十分に時間をおいた。袋の外の水にふくまれる糖は $75\text{mg}$ であった。
• 袋 D：だ液溶液 $10\text{mL}$ と水 $10\text{mL}$ を入れて口を閉じ、水 $60\text{mL}$ を入れたビーカーにしずめ、十分に時間をおいた。袋の外の水はベネジクト液を加えて加熱しても変化しなかった。
• 袋 A：デンプン溶液 $10\text{mL}$ とだ液溶液 $10\text{mL}$ を入れて口を閉じ、水 $60\text{mL}$ を入れたビーカー P にしずめ、十分に時間をおいた。このとき、袋の中の液にヨウ素液を加えても変化しなかった。次に、袋 A をビーカー P からとり出し、水 $60\text{mL}$ を入れた別のビーカー Q にしずめて、十分に時間をおいた。ビーカー Q の水にふくまれる糖を調べたところ、$30\text{mg}$ であった。

だ液のはたらきによって、デンプン $1\text{mg}$ が分解されると糖が $1\text{mg}$ できるものとする。また、袋 C と同じように、糖が袋の中と外にどのように分かれるかは、糖の量によらず、袋の中と外の液の体積だけで決まるものとする。

実験に用いたデンプン溶液 $1\text{mL}$ には、デンプンが何 mg ふくまれていたか。

メダカとオオカナダモを使って、水にとけている酸素の量の変化を調べた。実験では、ふたをして空気が出入りしない透明な容器に水を入れて使い、水温はつねに一定に保った。結果は次のとおりであった。

• 実験 1：メダカ 1 匹だけを入れた。光を当てても当てなくても、水にとけている酸素の量は 1 時間あたり $0.6\text{mg}$ ずつ減少した。
• 実験 2：オオカナダモ $20\text{g}$ だけを入れ、光を当てなかった。水にとけている酸素の量は 1 時間あたり $0.8\text{mg}$ ずつ減少した。
• 実験 3：オオカナダモ $20\text{g}$ だけを入れ、一定の強さの光を当てた。水にとけている酸素の量は 1 時間あたり $2.4\text{mg}$ ずつ増加した。

次に、同じようにふたをした容器にメダカ 5 匹とオオカナダモ $50\text{g}$ を入れた。1 日（24 時間）のうち、何時間かは実験 3 と同じ強さの光を当て、残りの時間は光を当てないようにする。1 日たったときに、水にとけている酸素の量がはじめの量より減っていないようにするには、光を当てる時間を 1 日あたり少なくとも何時間にすればよいですか。

ただし、オオカナダモが呼吸で使う酸素の量は光を当てても当てなくても変わらず、オオカナダモの光合成と呼吸の量はオオカナダモの質量に比例するものとする。また、メダカとオオカナダモ以外の生物のはたらきは考えず、どの生物のはたらきも水にとけている酸素の量によって変わらないものとする。

だ液のはたらきを調べるために、同じこさのデンプン溶液と、水でうすめた同じこさのだ液（以下、だ液溶液）を用意し、次の実験を行った。溶液はすべて、あらかじめ試験管を置く温度と同じ温度にしておいた。試験管の中の液は、1 分ごとに少量をとり出してヨウ素液を加え、色の変化を調べた。とり出した液の量は無視できるものとする。

• 試験管 A：デンプン溶液 $10\text{mL}$ ＋ だ液溶液 $2\text{mL}$ を入れ、$40^{\circ }\text{C}$ に保った。ヨウ素液の反応は、混ぜてから 8 分後に見られなくなった。
• 試験管 B：デンプン溶液 $10\text{mL}$ ＋ 水 $2\text{mL}$ を入れ、$40^{\circ }\text{C}$ に保った。60 分後もヨウ素液の反応が見られた。
• 試験管 C：デンプン溶液 $10\text{mL}$ ＋ だ液溶液 $1\text{mL}$ ＋ 水 $1\text{mL}$ を入れ、$20^{\circ }\text{C}$ に保った。ヨウ素液の反応は、混ぜてから 48 分後に見られなくなった。

なお、1 分間に分解されるデンプンの量は、温度が同じであれば試験管に入れただ液溶液の量に比例し、液全体の量には関係しないものとする。また、ヨウ素液の反応は、試験管の中のデンプンがすべて分解されたときに見られなくなるものとする。

次に、試験管 D に、デンプン溶液 $15\text{mL}$ ＋ だ液溶液 $2\text{mL}$ を入れて $20^{\circ }\text{C}$ に保った。混ぜてから 12 分後に、$40^{\circ }\text{C}$ にしておいただ液溶液 $2\text{mL}$ を試験管 D に加え、すぐに $40^{\circ }\text{C}$ に移した（試験管 D の液はすぐに $40^{\circ }\text{C}$ になるものとする）。試験管 D でヨウ素液の反応が見られなくなるのは、最初に混ぜてから何分後ですか。