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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581〜600問を掲茉しおいたす30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581問難易床 ★★☆☆☆

    原子炉の「制埡棒」の圹割は䜕か

    正解䞭性子を吞収しお栞分裂の速床を制埡する
    解説制埡棒はカドミりム・ホり玠などの䞭性子吞収材料で䜜られ、炉心に挿入する深さを調敎するこずで䞭性子数を制埡し、連鎖反応の速床出力を調敎・停止する。深く挿入するほど䞭性子が吞収されお出力が䞋がる。
  2. 第582問難易床 ★★★☆☆

    栞融合反応の代衚䟋ずしお、ITER囜際熱栞融合実隓炉が目指すD-T反応の生成物はどれか

    正解ヘリりム4栞ず䞭性子
    解説D-T反応重氎玠䞉重氎玠は ²H + ³H → ⁎He + n + 17.6 MeV で、生成物はヘリりム4栞ず高゚ネルギヌ䞭性子である。゚ネルギヌ収率が高く、ITERをはじめずする栞融合炉研究の䞻芁タヌゲット反応ずなっおいる。
  3. 第583問難易床 ★★☆☆☆

    倪陜の゚ネルギヌ源ずしお珟圚䞻流ずされる栞反応はどれか

    正解陜子-陜子連鎖反応pp連鎖による栞融合
    解説倪陜の䞻な゚ネルギヌ源は陜子-陜子連鎖反応pp鎖で、4個の陜子が最終的にヘリりム4æ ž1個に融合し、倧量の゚ネルギヌを攟出する。倪陜皋床の質量・枩床ではpp鎖が支配的で、より重い星ではCNOサむクルが卓越する。
  4. 第584問難易床 ★★☆☆☆

    攟射線の透過力の倧きい順倧→小ずしお正しいのはどれか

    正解γ線 > β線 > α線
    解説透過力はγ線電磁波が最倧で、厚い鉛や厚いコンクリヌトでも完党には遮蔜できない。次いでβ線電子はアルミ板数mm皋床で止たり、α線ヘリりム栞は透過力が最小で玙䞀枚や空気数cmで止たる。ただし電離胜力はα線が最倧である。
  5. 第585問難易床 ★★★☆☆

    攟射線の生䜓ぞの圱響を衚す線量の単䜍「シヌベルトSv」は䜕を衚すか

    正解吞収線量J/kgに攟射線荷重係数をかけた実効線量
    解説シヌベルトSvは等䟡線量・実効線量の単䜍で、吞収線量グレむ、J/kgに攟射線の皮類ごずの荷重係数α線は20、γ線・β線は1ず組織ごずの組織荷重係数を掛けお算出する。人䜓ぞの生物孊的圱響を比范するための尺床である。
  6. 第586問難易床 ★★☆☆☆

    特殊盞察性理論の「盞察性原理」ずはどのような原理か

    正解物理法則は党おの慣性系で同じ圢をも぀
    解説アむンシュタむンの盞察性原理は「物理法則はすべおの慣性等速盎線運動系で同䞀の圢で成立する」ずいうものである。これはガリレむの盞察性原理を電磁気孊にも拡匵したもので、「静止」ず「等速運動」は物理的に区別できないこずを意味する。
  7. 第587問難易床 ★★☆☆☆

    特殊盞察性理論の「光速床䞍倉の原理」はどのような内容か

    正解真空䞭の光速は芳枬者の運動状態によらず䞀定c≈3×10⁞m/sである
    解説光速床䞍倉の原理は「真空䞭の光速cは光源や芳枬者の速床によらず、すべおの慣性系で同じ倀c≈2.998×10⁞m/sをも぀」ずいうものである。これはマむケル゜ン・モヌリヌの実隓で瀺唆され、アむンシュタむンが1905幎の特殊盞察性理論で出発点ずした。
  8. 第588問難易床 ★★☆☆☆

    特殊盞察性理論によれば、静止しおいる芳枬者から芋お高速で動く時蚈はどう芋えるか

    正解遅く進む時間の遅れ
    解説特殊盞察性理論の「時間の遅れ時間膚匵」によれば、速床vで移動する時蚈は静止系から芋おγ倍γ=1/√(1−v²/c²) ≥ 1だけゆっくり進む。速床がcに近づくほど時間は極端に遅くなる。ミュヌ粒子の寿呜延長実隓などで実蚌されおいる。
  9. 第589問難易床 ★★☆☆☆

    「双子のパラドックス」においお、宇宙旅行をした双子が地球に残った双子より若いのはなぜか

    正解高速移動した双子の時間が遅れたから
    解説双子のパラドックスでは、高速光速に近い速床で埀埩した宇宙飛行士の双子のほうが、地球に残った双子より時間の遅れにより若くなっお垰還する。「なぜ逆でないのか」は、宇宙飛行士偎だけが加速・折り返しを経隓する非察称こずで解決される。
  10. 第590問難易床 ★★☆☆☆

    ロヌレンツ収瞮長さの収瞮ずはどのような珟象か

    正解速床vで運動する物䜓の長さが進行方向に静止時の1/γ倍に瞮む
    解説ロヌレンツ収瞮は、速床vで運動する物䜓が静止系から芳枬するず進行方向の長さがL=L₀/γL₀は静止時の長さ、γ≥1に瞮んで芋える珟象である。垂盎方向の長さは倉化しない。実際に玠粒子加速噚内では粒子ビヌムがパンケヌキ状に扁平に芋える。
  11. 第591問難易床 ★☆☆☆☆

    アむンシュタむンの質量ず゚ネルギヌの等䟡性を衚す匏はどれか

    正解E=mc²
    解説E=mc²は特殊盞察性理論から導かれる質量ず゚ネルギヌの等䟡匏で、cは光速≈3×10⁞m/s、mは静止質量を衚す。栞反応での質量欠損が゚ネルギヌずしお攟出されるこずを定量的に説明し、栞゚ネルギヌ利甚の理論的基盀ずなっおいる。
  12. 第592問難易床 ★★☆☆☆

    栞反応における「質量欠損」ずは䜕か

    正解反応前埌で粒子の合蚈質量が枛少し、その差分が゚ネルギヌずしお攟出される
    解説栞反応栞分裂・栞融合では、反応埌の粒子の合蚈質量が反応前より小さくなる質量欠損Δm。E=mc²によりΔmに察応する゚ネルギヌΔE=Δmc²が解攟される。䟋えばU-235の栞分裂では質量欠損がMeVオヌダヌの゚ネルギヌに倉換される。
  13. 第593問難易床 ★★★☆☆

    盞察論的ロヌレンツ因子γガンマの定矩ずしお正しいのはどれか

    正解γ=1/√(1-v²/c²)
    解説ロヌレンツ因子γ=1/√(1−v²/c²)はv<cのずき垞にγ≥1ずなり、v→cのずきγ→∞ずなる。時間の遅れ・長さの収瞮・盞察論的質量などの盞察論効果はすべおγを甚いお衚珟できる重芁な因子である。
  14. 第594問難易床 ★★★☆☆

    GPS衛星に特殊盞察性理論の補正が必芁な理由はどれか

    正解衛星が光速に近い速床で動いおいるため時蚈が遅れる
    解説GPS衛星は時速玄14,000km光速の玄0.004%で移動するため、特殊盞察性理論の時間の遅れで衛星搭茉時蚈は地䞊より毎日玄7マむクロ秒遅れる。たた䞀般盞察性理論重力が匱い高高床では時蚈が速く進むの補正も合わせるず毎日玄38マむクロ秒のズレを補正しなければ枬䜍誀差が生じる。
  15. 第595問難易床 ★★☆☆☆

    盞察論的ドップラヌ効果で、光源が芳枬者に近づくずき芳枬される光の振動数はどう倉わるか

    正解振動数が高くなる青方偏移
    解説光源が芳枬者に近づくずき、盞察論的ドップラヌ効果により芳枬される光の振動数は高くなる青方偏移、ブルヌシフト。逆に遠ざかるずき振動数は䜎くなる赀方偏移、レッドシフト。宇宙が膚匵しおいるこずは遠方の銀河の赀方偏移から確認されおいる。
  16. 第596問難易床 ★★★☆☆

    栞力匷い力の特城ずしお最も正確なのはどれか

    正解電磁力より非垞に匷いが、到達距離は玄10⁻¹⁵m1fm皋床ず極めお短い
    解説栞力匷い力は電磁力の玄100倍以䞊の匷さで栞子陜子・䞭性子間に働くが、到達距離は玄1フェムトメヌトル10⁻¹⁵m皋床ず非垞に短い。この短距離での匷力な匕力が、電磁的反発力に打ち勝っお陜子を栞内に束瞛しおいる。
  17. 第597問難易床 ★★☆☆☆

    攟射線の電離胜力が最も倧きいのはどれか

    正解α線
    解説α線ヘリりム4栞は倧きな質量ず2+の電荷を持ち、物質䞭を通過する際に激しく電離させる。透過力は最も小さいが電離胜力は最も倧きい。γ線・X線電磁波やβ線電子はα線に比べお電離胜力が䜎い。
  18. 第598問難易床 ★★★☆☆

    β⁺厩壊陜電子攟出のずき栞内でどんな倉換が起きるか

    正解陜子が䞭性子になる
    解説β⁺厩壊では栞内の陜子が䞭性子に倉換され、陜電子β⁺粒子ず電子ニュヌトリノが攟出されるp→n+e⁺+Îœe。原子番号が1枛り質量数は倉わらない。陜電子は電子の反粒子で、物質䞭で電子ず察消滅しおγ線を攟出するPET蚺断に利甚。
  19. 第599問難易床 ★★★★☆

    ド・ブロむ波長の蚈算で、100 eVの電子のおおよその波長はどれか電子の質量≈9.1×10⁻³¹kg

    正解玄0.12 nm
    解説100 eV=1.6×10⁻¹⁷Jの電子の運動量p=√(2mK)≈√(2×9.1×10⁻³¹×1.6×10⁻¹⁷)≈5.4×10⁻²⁎ kg·m/s。λ=h/p≈6.63×10⁻³⁎/5.4×10⁻²⁎≈1.2×10⁻¹⁰m≈0.12 nmである。これはX線ず同皋床でX線回折ず同様に結晶回折に利甚できる。
  20. 第600問難易床 ★★★☆☆

    量子力孊においお「芳枬問題」ずは䜕を指すか

    正解枬定行為が量子系の状態を倉えおしたう波束の収瞮メカニズムが未解明なこず
    解説芳枬問題ずは、量子系が重ね合わせ状態にある間はシュレヌディンガヌ方皋匏ナニタリ発展に埓うのに、枬定の瞬間に特定の状態に「収瞮」する過皋の物理的説明が確立しおいない問題である。コペンハヌゲン解釈・倚䞖界解釈・デコヒヌレンス理論など耇数のアプロヌチが存圚する。

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。