2014 年第十一屆國際國中科學奧林匹亞競賽
--選擇題
國立臺灣師範大學 科學教育中心
Aconcagua 山 是南 半 球 海 拔最 高 山 ， 屬 於 安 地 斯 山 脈 形 成 之 前 沿 ， 在 阿 根 廷 中 西 部 之 門 多 薩 省 ， 也 是 美 洲 的 最 高 山 ， 兩 座 主 山 峰 ， 一 座 海 拔( 海 平 面 以 上 高 度 ) 6962 公 尺，另 一座 南 方 主 山峰 為 海 拔 6930 公 尺 ， 山 腰 有 許 多 冰 川 ， 重 要 的 有 東 北 方 冰 川 又 稱 為 波 蘭 冰 川 ， 以 及 東 方 的 英 格 蘭 冰 川 。 挑 戰 攀 登 此 山 吸 引 了 全 世 界 的 登 山 愛 好 者 。 圖 1 1. 考 量人 體 的 深 層組 織，平 均 溫度 大 約 為 37ºC， 根 據 一 日 中 不 同 時 間 ， 體 能 運 動，環 境 溫 度 或 者 特 定 的 代 謝 過 程，有 輕 微 的 變 動。不 同 的 神 經 回 饋 機 制 可 以 調 節 體 溫 ， 部 份 調 節 機 制 如 下 ： 1. 增 加肌 肉 張 力 所引 發 顫 抖 2. 水 分從 皮 膚 及 黏膜 的 蒸 發 3. 提 高基 礎 代 謝 率以 及 血 液 中的 甲 狀 腺 素 水 平 的 提 升 4. 急 促吸 氣 及 周 邊血 管 擴 張 5. 周 邊血 管 收 縮 當 位 於 Aconcagua 山 峰 的 登 山者 體 溫 急 劇 下 降 時，維 持 體 溫 的 補 償 機 制 為 ： (A) 1, 2 與 4 (B) 2, 3 與 4 (C) 1, 3 與 5 (D) 2, 3 與 5 2. 皮 膚是 內 外 的 環境 間、以 及 影響 體 温 的 能 量 交 換 介 面。人 體 和 環 境 間 的 這 些 能 量 交 換 是 輻 射、傳 導、以 及 對 流 等 機 制 的 結 果。在 低 溫 環 境 (例 如 Aconcagua 峰 頂)下 ， 若 沒 有 衣 服 隔 熱 ， 人 體 因 對 流 導 致 的 能 量 損 失 會 正 比 於 下 列 何 者 ？ (A) 身 體的 表 面 積、以 及身 體 跟 環境 間 的 溫 差 (B) 體 溫的 四 次 方 (C) 只 取决 於 身 體 跟環 境 間 的 溫差 (D) 身 高以 及 身 體 跟環 境 間 的 溫差 3. 水 平面 的 大 氣 壓力 稱 作 常 態壓 力。在 這 狀 態 下，氧 氣(O2)的 濃 度 是 20.9%v/v，圖 2 氣 壓 的 百 分 比 改 變 跟 高 度 的 關 係 因 而 氧 的 分 壓(Po2)是 21.2 kPa。對人 體 而 言，這 濃 度 足 以 使 血 液 中 的 血 紅 素 飽 和 。 當 人 們 攀 登 Aconcagua 山時 ， 氣 壓 會 降 低 ， 但 O2和 其 他 氣 體 所 占 的 比 例 保 持 不 變 。 圖 2 所 示 的 是氣 壓 的 百 分 比 改 變 跟 高 度 的 關 係 。 已 知 Aconcagua 峰 的最 大 高 度是 海 拔 6962 m (可 視 為 7 000 m)，在峰 項 的 pO2 將 是 ： (A) 4 4 .0 0 k P a (B) 9 . 3 3 k P a (C) 2 1 .0 0 k P a (D) 0 . 4 4 k P a 4. 圖 2 的 曲 線 是 下列 哪 種 函 數的 圖 ： (A) 二 次函 數 (B) 指 數函 數 (C) 線 性函 數 (D) 三 角函 數 5. 圖 2 的曲 線 在 座標 為(3000m; 70 %) 處 的 切 線 的 斜 率 是 ： (A) 零 (B) 正 數 (C) 負 數 (D) 不 定值 6. 某一登山者正參與攀登 Aconcagua 山的 探險訓練，他為去到一個高海拔區域先 行適應，以避免因為氣壓降低導致氧氣 分壓(pO2)下降所引起的劇烈高山症。 前 述 適 應 機 制 之 一 是 ： (A) 靜 脈 的 化 學 受 器 刺 激 所 導 致 的 肺 部 過 度 換 氣 (B) 紅 血 球 數 量的 提 升 海 拔 高 度 (m)
(C) 減 少 對 肌 肉的 氧 氣 供 應 (D) 提 高 微 血 管 面 積 使 氧 氣 的 擴 散 降 低 7. 圖 3 為呼吸空氣或純氧時，動脈中血 氧 飽 和 度 及 高 度 的 關 係。根 據 該 圖，攀 登Aconcagua 山 至 海 4,500 公 尺，呼 吸 空 氣 ， 使 血 紅 素 的 氧 氣 飽 和 度 約 為 ： 圖 3 (A) 100% (B) 92% (C) 82% (D) 72% 8. 細 胞 外 液 及 細 胞 內 液 間 化 學 組 成 的 差 異 ， 對 細 胞 的 存 活 十 分 重 要 。 兩 者 間 的 成 分 幾 乎 完 全 相 同 ， 但 濃 度 卻 有 極 大 的 差 異 。 以 考 慮 細 胞 外 液 及 細 胞 內 液 的 學 組 成 、 運 輸 機 制 、 以 及 與 調 控 內 部 環 境 的 器 官 為 前 提 下 ， 選 出 下 列 何 者 為 不 正 確 的 敍 述 (A) 血 漿與 其 他 細 胞外 液 間，有 著相 似 的 離 子 組 成，但 蛋 白 質 的 含 量 不 同 (B) 鈣 離 子 幾 乎 完 全 存 在 於 細 胞 外 液 中 ， 然 而 它 對 肌 肉 極 為 重 要 (C) 與 細胞 內 液 相 比，細胞 外 液 的氯 離 子(Cl-)、鉀 離 子(K+)及(HCO3-)的 濃 度 較 高 (D) 代 謝 產 物 最 主 要 靠 肺 臟 及 腎 臟 排 出 9. 假 設 一 個 雙 原 子 的 分 子 分 解 過 程 Y2(g) 2Y(g)是 一 個 吸 熱 反 應 圖 4-1 是 分 解 的 平 衡 狀 態 之 示 意 圖，圖 4-2 是 加 入 改 變 後 的 平 衡 狀 態 之 示 意 圖 。 圖 4-1 圖 4-2 可 導 致 圖 4-2 平 衡 態的 改 變為 : (A) 加 入 Y 原 子 (B) 降 低溫 度 (C) 減 少體 積 (D) 增 加溫 度 當 聲 波 經 歴 反 射 並 回 到 聲 源 處 ， 就 發 生 回 音 這 聲 學 現 象 。 對 人 而 言 ， 要 能 聽 到 回 聲 ， 必 須 克 服 聽 覺 暫 留 的 干 擾 。 聽 覺 暫 留 是 人 腦 能 分 辨 兩 個 相 鄰 聲 音 訊 號 的 最 小 時 間 差 。 對 於 單 純 的 音 波(例 如 單 字 )， 聽 覺 暫 留 等 於 70 ms。 10. 圖 5 中 的 登 山 者 朝 峽 谷 的 山 壁 B 方 向 呼 喚 “救 命 !”。若 在 這 高 度 的 空 氣 中 的 聲 速 是 344 ms‐1，要 使 登 山 者 聽 到 他
自 己 的 回 聲 ， 他 跟 山 壁 間 的 最 少 距 離 是 ： 圖 5 (A) 24.1 m (B) 12.0 m (C) 241 m (D) 4.9 m 11. 波 動 能 量 透 過 垂 直 於 傳 播 方 向 的 每 單 位 面 積 的 平 均 速 率 稱 作 它 的 強 度。因 而 若 波 動 向 各 方 向 等 量 傳 播 ， 在 相 距 r 處 的 強 度 I 即 是 I=P/(4πr2)。 已 知 山 壁 A 和 山 壁 B 之 間 的距 離 是 r。 跟 登 山 者 所 聽 到 的 第 一 回 聲 的 強 度(I0) 相 比 ， 他 所 聽 到 的 第 二 回 聲 的 強 度 是: (忽 略在 山 壁 B 反 射時 的 能量 損 失 ， 以 及 任 何 干 涉 效 應) (A) I0/4 (B) I0/2 (C) I0 (D) 2I0 12. 登 山 者 找 到 一 條 登 山 繩 (聯 接 峽 谷 兩 端 的 緊 纜 繩 )， 並 決 定 自 行 爬 越 。 在 他 以 固 定 速 率 沿 垂 直 於 山 壁 B 爬 越 時 ， 他 持 續 地 吹 著 他 的 求 救 哨。下 列 各 圖 只 是 相 關 狀 況 的 示 意 圖 。 考 慮 到 杜 普 勒 效 應 ， 並 忽 略 山 壁 A 的 效 應 ， 選 擇 下 列 的 正 確 選 項 ： 登 山 者 所 聽 到 來 自 山 壁 B 的 聲 波 頻 率 ： (A) 跟 靜 坐 在 山 壁 B 的 人 所 聽 到 的 運 動 求 救 哨 的 頻 率 相 同 (B) 跟 靜 止 站 立 並 與 登 山 者 跟 山 壁 B 等 距 的 人 所 聽 到 的 、 從 山 壁 B 反 射 的 聲 波 頻 率 相 同 (C) 大 於 靜 止 站 立 並 與 登 山 者 跟 山 壁 B 等 距 的 人 所 聽 到 的 、 從 山 壁 B 反 射 的 聲 波 頻 率
(D) 低 於 靜 止 站 立 並 與 登 山 者 跟 山 壁 B 等 距 的 人 所 聽 到 的 、 從 山 壁 B 反 射 的 聲 波 頻 率 13. 成 年 人 的 血 紅 素 (Hb‐A) 含 有 四 條 多 肽 鏈，兩 條鏈各含 141 個胺基酸，兩條 鏈各含 146 個胺基酸。 多 肽 鏈 的 胺 基 酸 序 列 屬 於 ： (A) 紅 血 球 的 四 級 構 造 (B) 紅 血 球 的 三 級 構 造 (C) 紅 血 球 的 一 級 構 造 (D) 紅 血 球 的 二 級 構 造 14. 正 常β 鏈 蛋 白 質 有 可 能 發 生 突 變，產 生 異 常 的 血 紅 素，形 成 不 可 溶 的 多 聚 體 ， 它 們 會 沈 澱 而 造 成 鐮 刀 狀 的 紅 血 球(圖 7)。 (A) 50%異 型 合 子 及 50%隱 性同 型 合 子 (B) 50%異 型 合 子 及 50%顯 性同 型 合 子 (C) 25%顯 性 同 型 合 子 ， 25%隱 性 同 型 合 子 ，50%異 型合 子 (D) 25% 顯 性 同 型合 子 ，50% 隱 性 同 型 合 子 ，25% 異 型 合子 15. 某 人 為 同 型 合 子 並 罹 患 鐮 刀 型 貧 血 症。根 據 變 異 的 血 紅 素 及 形 狀 異 常 的 紅 血 球 ， 可 推 論 出 下 列 何 者 ？ (A) 氧 氣往 組 織 的 輸送 被 刪 除 (B) 因 異常 的 紅 血 球阻 塞 血 管，導 致血 流 量 減 少 (C) 氧 氣的 運 輸 不 受影 響 (D) 由 於血 紅 素 HbS 的沉 積 導 致血 管 中 的 血 流 量 減 少 16. 紅 血球 沉 澱 造 成血 管 的 阻 塞，減少 了 組 織 的 正 常 養 分，小 動 脈 的 截 面 積，可 被 縮 減 至 正 常 值 的 1/5。 當 小 動 脈 的 截 面 積 減 少，該 處 的 血 液 流 速 將 ： (A) 高 於週 遭 的、截 面積 較 大 的 小動 脈 的 流 速 (B) 等 於週 遭 的、截 面積 較 大 的 小動 脈 的 流 速 (C) 低 於週 遭 的、截 面積 較 大 的 小動 脈 的 流 速 (D) 不 會變 化 。 17. 血 紅 素 係 由 四 個 吡 咯 與 一 個 Fe2+結 合 而 成 ， 鐵 是 一 個 過 渡 金 屬 原 子 序 26 原 子 量56，上 述 鐵離 子 具 有 ： (A) 2 6 個質子, 2 6 個電子, 3 0 個 中 子 圖 7
(B) 2 6 個質子, 2 4 個電子 , 3 0 個中 子 (C) 2 6 個質子, 2 4 個電子 , 2 4 個中 子 (D) 2 6 個質子, 2 6 個電子 , 3 2 個中 子 18. 依 據 下 表 所 列 氧 化 還 原 配 對 的 化 學 物 質 之 標 準 還 原 電 位 ： 化 學 物 種 標 準 還 原 電 位 ：Eº (V) Fe2+ / Fe -0.44 Cu2+ / Cu +0.34 Zn2+ / Zn -0.76 Ag+ / Ag +0.80 在 標準 條 件 下，將 這些 物 質配 對 成 一 個 電 化 學 電 池 ： (A) 當 與 其 他 所 有 元 素 (Cu(s) Zn(s) Ag(s))配對 ， Fe2+(aq)會 被 還 原 (B) 當 Fe2+(aq)與 Ag(s)及 Cu(s)配 對 時 是 作 為 氧 化 劑 ， 且 當 Fe(s)與 Zn2+ (aq) 配 對 時 是 作 為 還 原 劑
(C) Fe(s)可 被Ag+(aq)、Cu2+(aq)氧 化，且
Fe2+ (aq)可 被 Zn(s)還 原 (D) Fe(s)可 被Zn2+(aq)氧 化 19. 門 多薩 植 物 Atriplex lampa 是一 種 被 子 植 物，有 不 完 全(單 一 性 別)花。這 些 花 在 不 同 的 植 株 上 ， 所 以 ， 在 這 種 情 況 下 ， 此 植 物 的 型 態 是 ： (A) 雌 雄同 株 ， 花 有雄 蕊 與 心 皮一 起 (B) 雌 雄同 株，花 有 雄蕊 的 花 與 有心 皮 的 花 (C) 雌 雄異 株，花 有 雄蕊 的 花 與 有心 皮 的 花 (D) 雌 雄異 株 ， 花 有雄 蕊 與 心 皮一 起 20. 滲 透 作 用 修 改 細 胞 的 形 狀 ， 如 果 Atriplex lampa 葉片 放 置 在 對此 植 物 為 高 鹽 濃 度 的 介 質 中 ， 此 溶 液 是 一 種 ： (A) 低 張溶 液，使 水向 細 胞 外 移動，葉 片 枯 萎 (B) 高 張溶 液，使 水向 細 胞 外 移動，葉 片 枯 萎 (C) 張 溶液，使 水 向細 胞 內 移 動，提 高 細 胞 膨 壓 (D) 低 張溶 液，使 水向 細 胞 內 移動，提 高 細 胞 膨 壓 21. 關 於薄 透 鏡 成 像，下列 哪 個 敘述 是 正 確 的 ？ (A) 對 於發 散 透 鏡， 若 物 體 從 很遠 處 趨 近 焦 點 ， 所 成 鏡 像 是 較 遠 的 倒 立 實 像 (B) 對 於會 聚 透 鏡， 若 物 體 從 很遠 處 趨 近 焦 點 ， 所 成 鏡 像 是 較 遠 的 直 立 實 像 (C) 對 於 發 散 透 鏡 ， 若 物 體 從 透 鏡 中 心 趨 近 焦 點 ， 所 成 鏡 像 是 較 小 的 直 立 實 像 (D) 對 於會 聚 透 鏡，若 物體 從 透 鏡中 心 趨 近 焦 點，所 成 鏡 像 是 較 大 的 直 立 虛 像 22. 動 物 具 有 不 同 的 構 造 以 維 持 鹽 分 和 水 分 的 平 衡，及 排 除 代 謝 廢 物。棲 息 環 境 影 響 了 一 物 種 的 排 泄 器 官 及 排 泄 物 的 種 類 。 下 表 中 的 A 欄 為 動 物 界 中 不 同 的 類 別，B 欄 為 不 同的 排 泄 構 造，針 對 A 欄 的 數 字 及 B 欄 的字 母 進 行 配對 。
A 欄 B 欄 1 哺 乳類 (脊 椎 動 物) A 無 排泄 器 官 2 腹 足類 (軟 體 動 物) B 腎 臟 3 六 足蟲 (節 肢 動 物) C 馬 氏管 4 海 星類 (棘 皮 動 物) D 腎 管 (A) 1-A; 2-B; 3-C; 4-D (B) 1-B; 2-D; 3-C; 4-A (C) 1-B; 2-A; 3-D; 4-C (D) 1-C; 2-B; 3-D; 4-A 23. 化 學 元 素 A 的 原 子 序 為 11，元 素 B 的 原 子 序 為 17，在 基 態 時其 電 子 組 態為： (A) A:1s2 2s2 3s3 3p4 B:1s2 2s2 3s2 2p6 3p6 (B) A:1s2 2s2 2p6 3s1 B:1s2 2s2 3s2 3p5 (C) A:1s2 2s2 3s3 3p4 B:1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 (D) A:1s2 2s2 2p6 3s1 B:1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 24. 如 果 一 理 想 氣 體 的 壓 力 減 半 且 絕 對 溫 度 加 倍 ， 則 此 氣 體 體 積 ： (A) 將 增為 原 來 的 四倍 (B) 將 變為 原 來 的 四分 之 一 (C) 將 保持 不 變 (D) 將 增為 原 來 的 兩倍 25. 1.0 莫耳 的 二 氧化 碳 與 1.0 莫耳 的 水 在 25ºC 下 置 於 一 密 閉 容 器 內 ， 保 持 溫 度 不 變 ， 將 容 器 內 一 半 的 水 用 虹 吸 管 抽 走 ， 則 剩 下 密 閉 容 器 內 水 中 溶 解 的 CO2濃 度 ： (A) 將 會下 降，因 為 容器 中 的 水 容易 揮 發 (B) 將 會下 降 ， 因為 CO2 氣 體 的 體 積 與 壓 力 都 會 增 加 (C) 將 會下 降，因 為 較少 量 的 水 降低 了 CO2的 溶 解 度 (D) 將 會下 降，因 為 其氣 壓 下 降 導致 其 溶 解 度 下 降 26. 一 個 黃 棕 色 的 結 晶 物 在 試 管 中 劇 烈 加 熱 到2 8 0 º C，一 種無 色 液 體 凝結 在 試 管 口，晶 體 漸 漸 失 去 黃 色 而 轉 變 為 暗 綠 色 粉 末 ， 每 克 黃 棕 色 晶 體 可 生 成 0 . 3 9 g 無 色 液 體 與 0 . 6 1 g 暗綠色 粉末，由 不 同 來 源 所 得 到 的 此 種 晶 體 都 具 有 相 同 的 重 量 關 係 。 這 些 觀 察 與 以 下 哪 個 假 設 相 符，此 黃 棕 色 結 晶 物 是 ： (A) 一 種溶 液 (B) 一 種不 均 勻 的 混合 物 (C) 一 種水 合 鹽 (D) 一 種元 素 27. 水 是 一 個 具 有 異 常 物 理 性 質 的 化 合 物，其 特 性 可 使 生 命 存 在。下 列 何 者 可 用 以 解 釋 這 些 特 ： (A) 水 分 子 彼 此間 可 以 氫 鍵作 用 (B) 水 分 子 在 氫 - 氧 之 間 製 造 離 子 鍵，使 其 他 化 合 物 具 有 溶 解 度 並 形 成 溶 液 (C) 水 分 子 間 只有 倫 敦 作 用力 (D) 水 分 子 彼 此 間 只 有 很 弱 的 作 用 力 ， 這 是 它 們 容 易 游 離 的 理 由 28. 考 慮 桌 面 上 作 二 維 運 動 的 粒 子 的 實 驗。粒 子 沿 四 條 不 同 路 徑、以 固 定 速 率 從 P1 點 跑 到 P2 點 (圖 8)，但它 從 P1 跑 到 P2 的 時 間 對 四 條 路 徑 都 是 相 同 的 。
假 設 作 實 驗 的 物 理 學 家 測 量 粒 子 在 每 條 軌 跡 的 X 點 的動 能 。 求 在 X 點處 動 能 最 小 的 路 徑 。 圖 8 (A) A (B) B (C) C (D) D 29. 平 流 層 中 的 臭 氧 來 自 於 氧 分 子 受 到 太 陽 輻 射 照 射。在25 ° C 與 1 bar 壓 力 的 條 件 下，大 氣 層 中 的 臭 氧 體 積 覆 蓋 於 地 球 表 面 相 當 於 一 層 3mm 的 厚度 。 它 的 存 在 對 維 持 地 球 上 的 生 命 極 為 重 要 。 臭 氧 是 ： (A) 氧的 同 位 素 (B) 氧 的 離 子 (C) 氧 的 同 素 異形 體 (D) 氧的 異 構 物 30. 考 慮 圖 9 所 示 的電 路。若 立 方體 每 邊 的 電 壓 是R， 則 a 點 和 h 點 之間 的 電 阻 是 ： 圖 9 (A) 12R (B) (5/6)R (C) R (D) (3/2)R
