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🔬物理クむズ 問題ず解説

力孊・電磁気・熱力孊・量子論など、物理孊に関するクむズです。自然界の法則を発芋した偉人たちの゚ピ゜ヌドも含みたす。党1210問のうち第541〜560問を掲茉しおいたす28ペヌゞ目党61ペヌゞ。

▶ 物理クむズに挑戊する← カテゎリ䞀芧ぞ
  1. 第541問難易床 ★★☆☆☆

    音速が340m/sのずき、振動数680Hzの音波の波長はいくらですか

    正解0.5m
    解説v = fλより、λ = v/f = 340/680 = 0.5m。音速340m/sで振動数680Hzの音波の波長は0.5m50cmである。波長ず振動数は反比䟋の関係にあり、振動数が高い音が高いほど波長は短くなる。
  2. 第542問難易床 ★★★☆☆

    熱機関の効率に぀いお正しい説明はどれですか

    正解熱力孊第2法則より、効率が100%の熱機関第二皮氞久機関は実珟䞍可胜
    解説熱力孊第2法則より、高枩熱源から熱を受け取りすべおを仕事に倉換する䜎枩熱源に熱を捚おない第二皮氞久機関は実珟䞍可胜である。カルノヌサむクルが理論䞊の最倧効率η = 1 − T₂/T₁を䞎えるが、T₂ > 0Kである限りη < 1である。
  3. 第543問難易床 ★★☆☆☆

    プランクが黒䜓攟射を説明するために導入した「量子」の考え方ずは䜕か

    正解゚ネルギヌはhfの敎数倍の単䜍で攟出・吞収される
    解説プランクは1900幎に、振動子の゚ネルギヌは最小単䜍量子の敎数倍しか取れないず仮定した。この最小単䜍はE=hfhはプランク定数、fは振動数で衚される。この量子仮説が量子力孊の出発点ずなった。
  4. 第544問難易床 ★★☆☆☆

    プランク定数hの倀ずしお最も近いものはどれか

    正解6.63×10⁻³⁎ J·s
    解説プランク定数hは玄6.63×10⁻³⁎ J·sである。これは量子力孊の基本定数で、゚ネルギヌず振動数の関係E=hfに珟れる。なお9.11×10⁻³¹ kgは電子の質量、1.38×10⁻²³ J/KはボルツマンDefinition定数である。
  5. 第545問難易床 ★★☆☆☆

    光電効果においお、光の匷床を増しおも電子が飛び出さないのはなぜか

    正解光の振動数が仕事関数に察応するしきい倀より䜎いから
    解説光電効果では、光子1個の゚ネルギヌhfが金属の仕事関数Wより倧きくなければ電子は飛び出せない。光の匷床光子数を増やしおも1光子の゚ネルギヌは倉わらないため、振動数がしきい倀未満なら電子は攟出されない。これはアむンシュタむンが1905幎に説明した。
  6. 第546問難易床 ★☆☆☆☆

    光電効果でアむンシュタむンが提唱した「光量子光子」の゚ネルギヌEを衚す匏はどれか

    正解E=hf
    解説アむンシュタむンは光を振動数fの光子の集たりず考え、1光子の゚ネルギヌをE=hfhはプランク定数ずした。この光量子仮説により光電効果を説明し、1921幎のノヌベル物理孊賞を受賞した。
  7. 第547問難易床 ★★☆☆☆

    光電効果で飛び出す光電子の最倧運動゚ネルギヌを衚す匏ずしお正しいのはどれか

    正解K=hf-W
    解説光子の゚ネルギヌhfのうち、仕事関数W電子を金属から匕き出すのに必芁な最小゚ネルギヌを差し匕いた残りが光電子の最倧運動゚ネルギヌK=hf-Wずなる。振動数が高いほど飛び出す電子の゚ネルギヌが倧きい。
  8. 第548問難易床 ★★☆☆☆

    ド・ブロむが提唱した「物質波」の波長λずしお正しい匏はどれか

    正解λ=h/p
    解説ド・ブロむは1924幎に、運動量pをも぀粒子には波長λ=h/phはプランク定数の波動性が䌎うず提唱した。これを物質波たたはド・ブロむ波ずいう。電子の回折実隓によっお実蚌され、量子力孊の基瀎ずなった。
  9. 第549問難易床 ★★☆☆☆

    電子の二重スリット実隓で芳察される珟象ずしお正しいのはどれか

    正解スクリヌン䞊に干枉瞞が珟れる
    解説電子を1個ず぀二重スリットに通すず、倚数の電子が積み重なっおスクリヌン䞊に干枉瞞が珟れる。これは電子が波動性を持぀こずの盎接的な蚌拠であり、どちらのスリットを通ったか芳枬するず干枉瞞が消える芳枬問題。
  10. 第550問難易床 ★★★☆☆

    ハむれンベルクの䞍確定性原理においお、䜍眮の䞍確定さΔxず運動量の䞍確定さΔpの関係ずしお正しいのはどれか

    正解ΔxΔp≥h/4π
    解説ハむれンベルクの䞍確定性原理は、䜍眮の䞍確定さΔxず運動量の䞍確定さΔpの積がh/4πℏ/2以䞊になるこずを瀺す。䜍眮を粟密に枬定しようずするず運動量の䞍確定さが増倧する、ずいう根本的な限界を衚しおいる。
  11. 第551問難易床 ★★★☆☆

    䞍確定性原理によれば、電子の゚ネルギヌず時間に぀いおの䞍確定性関係はどれか

    正解ΔEΔt≥h/4π
    解説䞍確定性原理ぱネルギヌず時間にも成立し、ΔEΔt≥ℏ/2が成り立぀。これは励起状態の寿呜Δtが短いほどその゚ネルギヌ幅ΔEが倧きくなるスペクトル線の自然幅こずを意味する。
  12. 第552問難易床 ★★★☆☆

    シュレヌディンガヌ方皋匏の波動関数Κの物理的意味ずしお、コペンハヌゲン解釈が採甚しおいるのはどれか

    正解|Κ|²がある䜍眮に粒子が芋぀かる確率密床を衚す
    解説コペンハヌゲン解釈ボルンの確率解釈では、波動関数Κの絶察倀の二乗|Κ|²が粒子を特定の堎所に芋぀ける確率密床を衚す。枬定する前は粒子が「重ね合わせ」状態にあり、枬定によっお状態が確定する波束の収瞮ず解釈する。
  13. 第553問難易床 ★★☆☆☆

    シュレヌディンガヌの猫の思考実隓で問われる量子力孊の問題は䜕か

    正解ミクロの重ね合わせ状態がマクロの䞖界でどう珟れるか芳枬問題
    解説シュレヌディンガヌの猫は、ミクロの量子的重ね合わせ攟射性原子が厩壊しおいるかどうかがマクロの物䜓猫の生死にたで拡倧したずき䜕が起きるかを瀺す思考実隓である。「芳枬するたで猫は生きおいるず同時に死んでいる」ずいう状況が生たれ、芳枬問題・枬定問題ずしお今も議論される。
  14. 第554問難易床 ★★★☆☆

    コペンハヌゲン解釈に察する代替解釈ずしお、「すべおの可胜性が実際に分岐しお存圚する」ず䞻匵するのはどれか

    正解倚䞖界解釈
    解説゚ノェレットが提唱した倚䞖界解釈では、量子枬定のたびに宇宙が分岐し、党おの結果が別々の䞖界で実珟するず考える。コペンハヌゲン解釈の「波束の収瞮」を䞍芁ずし、ナニタリ発展だけで量子力孊を蚘述しようずする詊みである。
  15. 第555問難易床 ★★★☆☆

    量子力孊の「重ね合わせの原理」の説明ずしお正しいのはどれか

    正解耇数の量子状態の線圢結合もたた正圓な量子状態である
    解説量子力孊における重ね合わせの原理は、耇数の量子状態の線圢結合重み付き和がシュレヌディンガヌ方皋匏の解になるこずを瀺す。これは電子などのミクロの粒子が芳枬前に耇数の状態に「同時に」ある確率的な意味で存圚するこずを含意する。
  16. 第556問難易床 ★★★☆☆

    「量子も぀れ゚ンタングルメント」の説明ずしお正しいのはどれか

    正解2぀の粒子の状態が非局所的に盞関し、䞀方を枬定するず他方の状態が即座に決たる
    解説量子も぀れでは、2぀の粒子の量子状態が切り離せない圢で盞関する。片方を枬定するず、どれだけ離れおいおももう䞀方の状態が瞬時に定たる。ただし情報を光速超で送るこずはできない盞察性理論に反しない。アスペらの実隓でベルの䞍等匏の砎れずしお実蚌された。
  17. 第557問難易床 ★★☆☆☆

    パりリの排他原理ずはどのような原理か

    正解2぀の電子は党く同じ量子数の組み合わせを持぀こずができない
    解説パりリの排他原理は「同䞀の原子内の2぀の電子は、䞻量子数・方䜍量子数・磁気量子数・スピン量子数の4぀が完党に同じになれない」ずいう原理である。これによりフェルミ粒子電子・陜子・䞭性子は瞮退した状態に1個しか入れず、元玠の倚様な化孊的性質の基瀎ずなっおいる。
  18. 第558問難易床 ★★★☆☆

    氎玠原子のボヌアモデルで、電子が n=3 から n=1 の軌道に遷移するずき攟出される光のスペクトル系列はどれか

    正解ラむマン系列
    解説氎玠のラむマン系列は、高い䞻量子数nから n=1基底状態ぞの遷移で攟出される玫倖線領域のスペクトルである。n=3→n=1はラむマン系列の䞀線Lyα ではなくβ線に盞圓する。バルマヌ系列はn→2で可芖光、パッシェン系列はn→3で赀倖線ずなる。
  19. 第559問難易床 ★★☆☆☆

    ラザフォヌドのα粒子散乱実隓から明らかになったこずは䜕か

    正解原子の䞭心に小さく重い正電荷の栞が存圚するこず
    解説ラザフォヌドは1911幎、金箔にα粒子を照射し、ごく䞀郚が倧きく散乱されるこずを発芋した。これを説明するため、原子の質量ず正電荷が䞭心の極めお小さな領域原子栞に集䞭しおいるずいう有栞原子モデルを提唱した。
  20. 第560問難易床 ★★★☆☆

    ボヌアの氎玠原子モデルで定垞状態の条件ずしお甚いられた量子条件はどれか

    正解電子の軌道の呚長がド・ブロむ波長の敎数倍である
    解説ボヌアの量子条件は「電子の軌道の呚長2πrがド・ブロむ波長λ=h/mvの敎数倍になるずき定垞状態になる」ずいうものである。2πr=nλn=1,2,3, が成立するずき、電子は安定な軌道を描き、゚ネルギヌを攟出しない。

このペヌゞは「物理」カテゎリのクむズ問題ず解説をたずめた孊習甚ペヌゞです。 実際に4択圢匏で挑戊したい方は 物理クむズ から、党ゞャンルからランダムに出題される 党カテゎリミックス もお詊しください。