🔬物理クイズ問題と解説

力学・電磁気・熱力学・量子論など、物理学に関するクイズです。自然界の法則を発見した偉人たちのエピソードも含みます。全1210問のうち第881〜900問を掲載しています（45ページ目／全61ページ）。

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第881問難易度 ★★☆☆☆
シリコン（Si）に三価の不純物（例：ボロン）を添加すると何型半導体になるか。
正解：p型半導体
解説：シリコンは四価の元素であり、三価のボロン（B）を添加すると共有結合に必要な電子が1つ不足し、正孔（ホール）がキャリアとなるp型半導体になる。これに対し五価のリン（P）などを添加するとn型半導体になる。
第882問難易度 ★★☆☆☆
p-n接合ダイオードの整流作用について正しいのはどれか。
正解：順方向バイアスでは電流が流れ、逆方向バイアスではほぼ流れない
解説：p-n接合ダイオードは順方向バイアス（p側が正）では接合部の空乏層が狭まりキャリアが流れて大電流が流れる。逆方向バイアスでは空乏層が広がりほぼ電流が遮断される。この一方向性がAC-DC変換（整流）に利用される。
第883問難易度 ★★☆☆☆
npnトランジスタにおいて、ベース電流を変化させると何が制御されるか。
正解：エミッター・コレクター間の大きな電流
解説：npnバイポーラトランジスタでは、小さなベース電流の変化がエミッター・コレクター間を流れる大きな電流を制御する。この電流増幅作用（電流利得hFE）がトランジスタを増幅器やスイッチとして利用できる根拠である。
第884問難易度 ★★☆☆☆
強磁性体の説明として正しいのはどれか。
正解：外部磁場がなくても自発磁化をもつことがある
解説：強磁性体（鉄・ニッケル・コバルトなど）は磁気モーメントが強い交換相互作用で同方向に揃い、外部磁場なしでも自発磁化をもつことがある。ただしキュリー温度を超えると熱揺らぎで磁気秩序が失われ常磁性になる。
第885問難易度 ★★★☆☆
常磁性体の磁化の温度依存性を示すキュリーの法則はどれか。
正解：磁化率χは温度Tに反比例する
解説：常磁性体の磁化率χはキュリーの法則χ=C/T（Cはキュリー定数）に従い、温度Tに反比例する。温度が高いほど熱揺らぎが大きくなり磁気モーメントの整列が乱されるため、磁化率は低下する。
第886問難易度 ★★☆☆☆
グラフェンの構造として正しいのはどれか。
正解：炭素原子が一層の六員環ハニカム構造に並ぶ
解説：グラフェンは炭素原子が一原子層の厚みで六員環（ハニカム）状に配列した二次元物質である。優れた電気伝導性・熱伝導性・機械的強度をもち、次世代材料として注目されている。グラファイトはグラフェンが積層した構造である。
第887問難易度 ★★★☆☆
核磁気共鳴（NMR/MRI）の原理において、原子核が共鳴するのはどのような条件か。
正解：外部磁場中で特定の周波数のラジオ波を照射したとき
解説：原子核はスピンをもち、外部磁場中でラーモア周波数（磁場強度に比例）で歳差運動する。その周波数に一致するラジオ波を照射すると共鳴吸収が起こる。MRIではこの原理で体内の水素原子核の分布を可視化する。
第888問難易度 ★☆☆☆☆
X線を発見したのは誰か。
正解：ヴィルヘルム・レントゲン
解説：X線は1895年にドイツの物理学者ヴィルヘルム・レントゲンが陰極線管の実験中に偶然発見した。透過性の高いこの放射線は即座に医療応用され、レントゲンは第1回ノーベル物理学賞（1901年）を受賞した。
第889問難易度 ★★☆☆☆
α線（アルファ線）の実体は何か。
正解：ヘリウム原子核（陽子2・中性子2）
解説：α線はヘリウム4の原子核（²He²⁺）の流れであり、電荷が+2eで質量が比較的大きい。透過力は弱く紙一枚で遮蔽できるが、電離作用が強い。ラジウムやウランのα壊変で放出される。
第890問難易度 ★★☆☆☆
β線（ベータ線）の実体は何か。
正解：電子（または陽電子）
解説：β線は原子核内の中性子が陽子に変わる際に放出される電子（β⁻線）、または陽子が中性子に変わる際に放出される陽電子（β⁺線）の流れである。透過力はα線より強くγ線より弱く、アルミ板数mmで遮蔽できる。
第891問難易度 ★★☆☆☆
γ線（ガンマ線）の実体と性質について正しいのはどれか。
正解：波長の非常に短い電磁波で透過力が最も強い
解説：γ線は原子核の励起状態から放出される非常に短波長の電磁波（光子）であり、α線・β線と比べて電離作用は弱いが透過力が最も強い。鉛や厚いコンクリートで遮蔽する必要があり、医療では癌治療や診断に利用される。
第892問難易度 ★☆☆☆☆
光の三原色（加法混色）として正しい組み合わせはどれか。
正解：赤・緑・青
解説：光の三原色は赤（Red）・緑（Green）・青（Blue）のRGBで、加法混色という。3色を混ぜると白色光になる。これに対し絵具などの色の三原色はシアン・マゼンタ・イエローで、混ぜると黒に近づく減法混色である。
第893問難易度 ★★★☆☆
光ファイバー通信が電線による電気信号通信と比べて優れている点として適切でないのはどれか。
正解：曲げに対して電線より強い
解説：光ファイバーは細いガラスやプラスチックの線であり、急激な曲げに対しては電線より脆く折れやすい欠点がある。一方、電磁ノイズ耐性・大容量伝送・低損失などは電線に対する優位点であり、現在の大容量通信インフラを支えている。
第894問難易度 ★★☆☆☆
プリズムが白色光を虹色（スペクトル）に分散させる理由はどれか。
正解：プリズムの屈折率が光の波長によって異なるから
解説：ガラスなどの分散媒体では屈折率が波長によって異なる（色分散）。一般に波長が短い青色ほど屈折率が大きく大きく曲がり、赤色ほど屈折率が小さく曲がりが少ない。このためプリズムを通った白色光は各色に分かれてスペクトルを形成する。
第895問難易度 ★☆☆☆☆
音の3要素として正しい組み合わせはどれか。
正解：音の大きさ・音の高さ・音色
解説：音の三要素は音の大きさ（振幅に関係、dBで表す）・音の高さ（周波数に関係）・音色（波形・倍音構造に関係）である。同じ楽器でも奏法により音色が変わるのは倍音の構成が異なるためである。
第896問難易度 ★★☆☆☆
超音波が可聴音と最も異なる点はどれか。
正解：振動数が20 kHzを超え人間の耳には聞こえない
解説：超音波は振動数が約20 kHz以上で人間の可聴域（約20 Hz〜20 kHz）を超えた音波である。伝わる仕組みは可聴音と同じ縦波であり、媒質が必要で真空中は伝わらない。医療・非破壊検査・ソナーなど多くの分野で利用される。
第897問難易度 ★★★☆☆
半導体のバンドギャップについて正しいのはどれか。
正解：導体より大きく絶縁体より小さいエネルギーギャップをもつ
解説：半導体は価電子帯と伝導帯の間に1〜3 eV程度のバンドギャップをもつ（Si：約1.1 eV）。絶縁体は5 eV以上、金属はゼロまたは重なりがある。温度上昇や不純物ドーピングでキャリアが伝導帯に励起され電気を通すようになる。
第898問難易度 ★★★☆☆
ナノマテリアルが通常の材料と異なる特性を示す主な理由はどれか。
正解：表面積対体積比が非常に大きくなり量子効果が現れるため
解説：ナノマテリアル（1〜100 nm）ではサイズが極めて小さいため表面積対体積比が格段に大きくなり、表面原子の割合が増す。さらに量子閉じ込め効果が現れ、バルク材料では見られない光学・電気・磁気特性を示す。
第899問難易度 ★★☆☆☆
MRI（磁気共鳴画像法）が主に検出する原子核はどれか。
正解：水素（陽子）核
解説：MRIは生体内に豊富に存在する水分子中の水素原子核（陽子）の核磁気共鳴信号を検出して画像を構築する。陽子はスピン1/2をもち、強磁場中でラジオ波と共鳴する。放射線を使わないため安全性が高い。
第900問難易度 ★★☆☆☆
音波が媒質中を伝わる際の波形の種類はどれか。
正解：縦波（疎密波）
解説：音波は媒質粒子が進行方向と同じ方向に疎密（圧縮・膨張）を繰り返す縦波（疎密波）である。横波は媒質の弾性が横方向にも必要なため固体中のみ伝わるが、縦波は気体・液体・固体すべてで伝わる。

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シリコン（Si）に三価の不純物（例：ボロン）を添加すると何型半導体になるか。

p-n接合ダイオードの整流作用について正しいのはどれか。

npnトランジスタにおいて、ベース電流を変化させると何が制御されるか。

強磁性体の説明として正しいのはどれか。

常磁性体の磁化の温度依存性を示すキュリーの法則はどれか。

グラフェンの構造として正しいのはどれか。

核磁気共鳴（NMR/MRI）の原理において、原子核が共鳴するのはどのような条件か。

X線を発見したのは誰か。

α線（アルファ線）の実体は何か。

β線（ベータ線）の実体は何か。

γ線（ガンマ線）の実体と性質について正しいのはどれか。

光の三原色（加法混色）として正しい組み合わせはどれか。

光ファイバー通信が電線による電気信号通信と比べて優れている点として適切でないのはどれか。

プリズムが白色光を虹色（スペクトル）に分散させる理由はどれか。

音の3要素として正しい組み合わせはどれか。

超音波が可聴音と最も異なる点はどれか。

半導体のバンドギャップについて正しいのはどれか。

ナノマテリアルが通常の材料と異なる特性を示す主な理由はどれか。

MRI（磁気共鳴画像法）が主に検出する原子核はどれか。

音波が媒質中を伝わる際の波形の種類はどれか。