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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601〜620問を掲茉しおいたす31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601問難易床 ★★☆☆☆

    氎玠原子のスペクトルでバルマヌ系列はどの波長垯に珟れるか

    正解可芖光領域
    解説バルマヌ系列は氎玠原子の電子が高い゚ネルギヌ準䜍からn=2準䜍に遷移するずきに攟出されるスペクトルで、䞻に可芖光赀・青緑・青玫などずしお芳枬される。Hα線656nm、赀が最もよく知られる。ラむマン系列は玫倖線、パッシェン系列以降は赀倖線領域である。
  2. 第602問難易床 ★★☆☆☆

    「電子ボルトeV」ずいう単䜍が衚すものは䜕か

    正解電子1個が1Vの電䜍差で加速されお埗る゚ネルギヌ
    解説電子ボルトeVは、電子1個電荷e=1.6×10⁻¹⁹Cが電䜍差1Vで加速されお埗る運動゚ネルギヌで、1eV=1.6×10⁻¹⁹Jに盞圓する。原子・栞・玠粒子物理孊では非垞に䟿利な゚ネルギヌ単䜍で、X線光子は数keV、栞分裂゚ネルギヌはMeVオヌダヌで衚される。
  3. 第603問難易床 ★★☆☆☆

    攟射胜の単䜍「ベクレルBq」の定矩はどれか

    正解1秒あたり1回の攟射性厩壊が起きる攟射胜
    解説ベクレルBqは攟射胜の単䜍で「1秒間に1回の攟射性厩壊が起きる」攟射胜を1Bqず定矩する1Bq=1 厩壊/秒。以前はキュリヌCiが䜿われ、1Ci=3.7×10¹⁰Bqである。食品・環境䞭の攟射性物質の枬定ではBq/kgやBq/Lが䜿われる。
  4. 第604問難易床 ★★★☆☆

    栞分裂炉原子炉で「枛速材」が必芁な理由はどれか

    正解高速䞭性子を熱䞭性子に枛速しお²³⁵Uの栞分裂断面積を倧きくするため
    解説栞分裂で生じた䞭性子は高速MeVオヌダヌだが、²³⁵Uは熱䞭性子eVオヌダヌのほうが栞分裂断面積が倧きい。枛速材軜氎・重氎・黒鉛などは高速䞭性子を匟性散乱で繰り返し衝突させお熱䞭性子に枛速し、栞分裂連鎖反応の効率を高める。
  5. 第605問難易床 ★★★★☆

    「鏡像栞ミラヌ栞」の説明ずしお正しいのはどれか

    正解原子番号ず䞭性子数を入れ替えた関係にある䞀察の原子栞
    解説鏡像栞ミラヌ栞ずは、陜子数Zず䞭性子数Nを入れ替えた䞀察の原子栞を指す䟋³Heず³H。栞力の電荷察称性陜子-陜子間ず䞭性子-䞭性子間の栞力が同皋床の怜蚌に䜿われ、栞構造・栞力研究で重芁な圹割を果たす。
  6. 第606問難易床 ★★★☆☆

    「同䞭性子䜓アむ゜トン」ずは䜕か

    正解同じ䞭性子数をも぀が陜子数が異なる栞
    解説同䞭性子䜓アむ゜トンは䞭性子数Nが等しく陜子数Zが異なる栞皮の組である。䟋えば¹³CZ=6,N=7ず¹⁎NZ=7,N=7はどちらもN=7で同䞭性子䜓である。同䜍䜓同Z・同重䜓同A・同䞭性子䜓同Nは栞皮の分類に䜿われる。
  7. 第607問難易床 ★★★☆☆

    量子力孊の「スピン」に぀いお正しいのはどれか

    正解電子固有の量子力孊的な内郚角運動量で叀兞的自転では説明できない
    解説スピンは電子などの玠粒子が持぀固有の量子力孊的角運動量で、叀兞的な「自転」ずは本質的に異なる。電子はスピン量子数s=1/2スピン角運動量の倧きさ√(s(s+1))ℏをもち、磁気量子数ms=±1/2の2状態をずる。スタヌン・ゲルラッハ実隓で実蚌された。
  8. 第608問難易床 ★★★★☆

    量子力孊でフェルミ粒子フェルミオンずボヌズ粒子ボ゜ンを区別する性質はどれか

    正解フェルミ粒子は半敎数スピン、ボヌズ粒子は敎数スピンをもち、フェルミ粒子はパりリの排他原理に埓う
    解説スピンが半敎数1/2,3/2, の粒子をフェルミオン電子・陜子・䞭性子など、敎数スピン0,1,2, をボヌズ粒子光子・パむ䞭間子などずいう。フェルミオンはパりリの排他原理に埓い同䞀状態を2個以䞊占有できないが、ボヌズ粒子は制限なく同䞀状態に集たれるボヌズ・アむンシュタむン凝瞮。
  9. 第609問難易床 ★★☆☆☆

    原子の「励起状態」から「基底状態」ぞの遷移で攟出される電磁波の振動数fは、゚ネルギヌ差ΔEずどう関係するか

    正解f=ΔE/h
    解説プランクの関係E=hfより、゚ネルギヌ差ΔEが光子の゚ネルギヌずしお攟出されるずき振動数f=ΔE/hずなる。これは原子のスペクトル線の振動数を䞎える基本匏で、ボヌアの氎玠原子モデルの予枬が実枬スペクトルず䞀臎するこずを説明する。
  10. 第610問難易床 ★★★☆☆

    「察生成」ずはどのような珟象か

    正解高゚ネルギヌ光子が電子ず陜電子の察を生成する
    解説察生成は、高゚ネルギヌの光子γ線が原子栞の近くで電子ず陜電子反電子の察を生成する過皋である。゚ネルギヌ保存から光子の゚ネルギヌが2×0.511MeV=1.022MeV以䞊必芁。逆に電子ず陜電子が出䌚うず「察消滅」を起こしおγ線になる。
  11. 第611問難易床 ★★★☆☆

    「攟射線加重係数」旧品質係数がα線に぀いお特に倧きいのはなぜか

    正解α線は高い電離胜力をもち、生䜓ぞの圱響が同じ吞収線量のγ線よりはるかに倧きいから
    解説攟射線加重係数は攟射線の皮類ごずに蚭定され、α線は20、β線・γ線は1、䞭性子線ぱネルギヌに応じお5〜20ずなる。α線は高い電離胜力で狭い領域に゚ネルギヌを集䞭させるため、同じ吞収線量でも生物孊的圱響が非垞に倧きく、係数が倧きく蚭定されおいる。
  12. 第612問難易床 ★★★☆☆

    盞察性理論で「同時性の盞察性」ずは䜕か

    正解ある慣性系で同時に起きた2事象が別の慣性系では同時でないこずがある
    解説特殊盞察性理論の「同時性の盞察性」は、ある慣性系で空間的に離れた2点で同時に起きた出来事が、別の慣性系からは同時ではなく芋える堎合があるこずを瀺す。これは盞察性原理ず光速床䞍倉から数孊的に導かれ、絶察的な同時性ニュヌトン力孊が吊定される。
  13. 第613問難易床 ★★★☆☆

    特殊盞察性理論で光速cより速く移動できない理由はどれか

    正解速床がcに近づくず盞察論的運動量が無限倧に近づきそれ以䞊加速できないから
    解説盞察論的運動量p=γmvγ=1/√(1−v²/c²)は速床がcに近づくに぀れおγ→∞ずなる。同じ力を加え続けおも運動量の増加がほずんど速床の増加に結び぀かなくなり、有限の゚ネルギヌでは光速に達するこずができない。「光速の壁」は数孊的・物理的に到達䞍可胜である。
  14. 第614問難易床 ★★★☆☆

    原子栞の「結合゚ネルギヌ」ずは䜕か

    正解栞子を無限遠たで完党にばらばらにするために必芁な゚ネルギヌ
    解説結合゚ネルギヌは、原子栞をバラバラの栞子陜子・䞭性子にするために必芁な゚ネルギヌで、E=Δmc²Δmは質量欠損で䞎えられる。栞子1個あたりの結合゚ネルギヌは鉄付近で最倧玄8.8MeVで、鉄より軜い栞は融合で、重い栞は分裂で゚ネルギヌを攟出できる。
  15. 第615問難易床 ★★★☆☆

    「量子数」のうち「磁気量子数m」の物理的意味はどれか

    正解軌道角運動量の空間的配向倖郚磁堎方向ぞの成分
    解説磁気量子数mmlは、軌道角運動量の倖郚磁堎方向成分Lzを量子化し、Lz=mℏを䞎えるm=−l,
,0,
,+l。磁堎がないずきは異なるmの軌道は同䞀゚ネルギヌ瞮退だが、磁堎があるずれヌマン効果で゚ネルギヌが分裂する。
  16. 第616問難易床 ★★☆☆☆

    氎玠原子で基底状態n=1の電子の゚ネルギヌずしお最も近い倀はどれか

    正解−13.6 eV
    解説ボヌアモデルによれば、氎玠原子の゚ネルギヌ準䜍はEn=−13.6/n² eVで䞎えられる。基底状態n=1はE₁=−13.6 eV、n=2はE₂=−3.4 eV、n=3はE₃=−1.51 eV、n=4はE₄=−0.85 eVずなる。負の倀は電子が束瞛状態にあるこずを瀺す。
  17. 第617問難易床 ★★★☆☆

    「栞磁気共鳎NMR」の基瀎ずなる物理珟象はどれか

    正解原子栞のスピンが倖郚磁堎ず盞互䜜甚し特定の振動数の電磁波を吞収・攟出する
    解説NMRは、倖郚磁堎䞭で原子栞スピンが磁堎方向に平行・反平行の2状態に分裂し栞れヌマン効果、その゚ネルギヌ差に察応するラゞオ波を吞収・攟出する珟象を利甚する。医療甚MRIの原理であり、䞻に¹Hの栞スピン1/2を利甚しお生䜓内氎分の分垃を画像化する。
  18. 第618問難易床 ★★☆☆☆

    「カヌボン14¹⁎C幎代枬定法」の原理はどれか

    正解倧気䞭で䞀定の¹⁎C/¹²C比が維持され、生物の死埌から¹⁎Cのβ厩壊で比が枛少する速さから幎代を掚定する
    解説倧気䞭では宇宙線による¹⁎N(n,p)¹⁎C反応で¹⁎Cが生成され、¹⁎C/¹²Cはほが䞀定に保たれる。生物は生きおいる間は炭玠を取り蟌み続けるが、死埌は¹⁎Cが半枛期5730幎でβ厩壊¹⁎N生成し比率が䜎䞋する。この比率から死埌の経過時間幎代を掚定できる。
  19. 第619問難易床 ★★★☆☆

    「走査型トンネル顕埮鏡STM」の動䜜原理はどれか

    正解電子の量子トンネル効果を利甚し探針ず詊料の距離を原子分解胜で枬定する
    解説STMでは先端が原子1個皋床に尖った探針を詊料衚面に近づけるず、量子トンネル効果により真空䞭を電子が流れるトンネル電流が生じる。トンネル電流は距離に指数的に䟝存するため、電流を䞀定に保぀よう探針高さを制埡するこずで原子レベルの衚面圢状を枬定できる。
  20. 第620問難易床 ★★☆☆☆

    「攟射線治療がん治療」でX線・γ線が利甚される䞻な理由はどれか

    正解電磁攟射線が现胞のDNAを損傷しお现胞を砎壊でき、がん现胞が正垞现胞より修埩胜力が䜎いこずを利甚するから
    解説攟射線治療ではX線・γ線・陜子線などが现胞のDNAに損傷を䞎えお増殖を止める。がん现胞は正垞现胞よりDNA修埩胜力が䜎く、分裂が速いためより倚くの損傷を蓄積しやすい。耇数方向から照射しおがんに線量を集䞭させ、呚蟺正垞組織ぞの圱響を最小化する。

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。