電子と光の確認問題

Question 1

電子の加速電圧を高くすると、ド・ブロイ波長はどうなるか。

Accepted Answer

運動量が大きくなるので、ド・ブロイ波長は短くなる

Answer

電子はもはや波の性質を持たなくなる

Answer

運動量が大きくなるので、ド・ブロイ波長は長くなる

Answer

加速電圧を変えてもド・ブロイ波長は変わらない

Question 2

電圧V＝400Vで加速された電子（質量m＝9.1×10⁻³¹kg、電気素量e＝1.6×10⁻¹⁹C）のド・ブロイ波長はいくらか（プランク定数h＝6.6×10⁻³⁴J・s）。

Accepted Answer

6.1×10⁻¹¹m

Question 3

陰極線に電場をかけると、上下の平行板のうち正極板側へ曲がった。このことから陰極線が持つ電気の種類はどれか。

Accepted Answer

負の電気

Answer

正の電気

Answer

曲がる向きだけでは分からない

Answer

電気を持たない

Question 4

陰極線の進路に物体を置くと、管の壁にその物体のはっきりした影ができる。この事実から分かる陰極線の性質はどれか。

Accepted Answer

直進する性質

Answer

熱だけを伝える性質

Answer

音だけを伝える性質

Answer

向きを変えずに四方へ広がる性質

Question 5

結晶に電子線を当てたときにできる回折模様から、電子についてどのようなことが分かるか。

Accepted Answer

電子には波としての性質（波動性）があること

Answer

結晶は電気を通すこと

Answer

電子は光と同じ速さで進むこと

Answer

電子には質量がないこと

Question 6

電子の発見が示した、原子についての重要な事実はどれか。

Accepted Answer

原子よりも小さく、負の電気を持つ共通の粒子（電子）が存在すること

Answer

原子核の中に陽子と中性子があること

Answer

原子はこれ以上分けられない最小の粒子であること

Answer

原子は電気を帯びないこと

Question 7

電子の比電荷をe/m＝1.8×10¹¹C/kg、電気素量をe＝1.6×10⁻¹⁹Cとして、電子の質量mを求めよ。

Accepted Answer

8.9×10⁻³¹kg

Question 8

速さ2.0×10⁷m/sの電子ビームに、磁場を切って電場E＝4.0×10⁴V/mだけをかけたところ、長さL＝4.0×10⁻²mの偏向板を通る間にy＝4.0×10⁻³m曲がった。このときの比電荷e/mはいくらか。

Accepted Answer

5.0×10¹⁰C/kg

Question 9

トムソンの実験で、陰極の金属や管内の気体を変えても比電荷e/mの値が変わらなかったことは何を示すか。

Accepted Answer

電子はどの原子にも共通する同じ粒子であること

Answer

比電荷は金属の種類によって大きく異なること

Answer

陰極線は電気を持たないこと

Answer

磁場の強さによって電子の質量が変わること

Question 10

トムソンは陰極の金属や管内の気体の種類を変えて実験を重ねた。その結果何が分かったか。

Accepted Answer

陰極線の性質（負の電気・軽さ）は金属や気体の種類によらず同じで、電子はすべての物質に共通する粒子だと分かった

Answer

陰極線の性質は金属の種類によって大きく異なり、金属ごとに別の粒子だと分かった

Answer

気体の種類を変えると陰極線は観測されなくなると分かった

Answer

磁場をかけても陰極線は曲がらないと分かった

Question 11

電場E＝4.0×10⁴V/m、磁場B＝2.0×10⁻³Tを同時にかけたとき、電子ビームが直進した。このときの電子の速さvはいくらか。

Accepted Answer

2.0×10⁷m/s

Question 12

ある油滴の電気量がq＝9.6×10⁻¹⁹Cと測定された。電気素量をe＝1.6×10⁻¹⁹Cとすると、この油滴は電子何個分の電気量を帯びていたか。数字だけで答えよ。

Accepted Answer

6

Question 13

質量m＝7.5×10⁻¹⁵kgの油滴が、電場E＝1.5×10⁵V/mの中で静止した（重力加速度g＝9.8m/s²とする）。この油滴の電気量qはいくらか。

Accepted Answer

4.9×10⁻¹⁹C

Question 14

間隔d＝4.0×10⁻³mの平行板にV＝6.0×10²Vの電圧をかけた。極板間の電場Eの強さはいくらか。

Accepted Answer

1.5×10⁵V/m

Question 15

ミリカンが多数の油滴で電気量を測定したところ、得られた値はすべてある最小値eの整数倍だった。これは何を示すか。

Accepted Answer

電気は電子1個分を単位とする、とびとびの値しか取らないこと（電荷の量子性）

Answer

電場の強さはどの実験でも同じであること

Answer

電気は水のように連続的な量であること

Answer

油滴の質量はすべて同じであること

Question 16

光電効果で、限界振動数以上の光の強さ（振幅）を大きくしたときに起こることはどれか。

Accepted Answer

飛び出す光電子の数（電流）が増えるが、光電子1個あたりの運動エネルギーの最大値は変わらない

Answer

光電子1個あたりの運動エネルギーの最大値が大きくなる

Answer

光電子は全く飛び出さなくなる

Answer

限界振動数ν₀が小さくなる

Question 17

仕事関数W＝6.6×10⁻¹⁹Jの金属に振動数ν＝1.5×10¹⁵Hzの光を当てた。光電子の運動エネルギーの最大値K₀はいくらか（プランク定数h＝6.6×10⁻³⁴J・s）。

Accepted Answer

3.3×10⁻¹⁹J

Question 18

光電子の運動エネルギーの最大値がK₀＝3.3×10⁻¹⁹Jのとき、この光電子を止めるのに必要な阻止電圧V₀はいくらか（電気素量e＝1.6×10⁻¹⁹C）。小数第2位を四捨五入して答えよ。

Accepted Answer

2.1V

Question 19

仕事関数W＝6.6×10⁻¹⁹Jの金属に光を当てる。光電効果が起こる限界振動数ν₀はいくらか（プランク定数h＝6.6×10⁻³⁴J・sとする）。

Accepted Answer

1.0×10¹⁵Hz

Question 20

光電効果と電子線回折の関係を正しく説明しているものはどれか。

Accepted Answer

光電効果は光の粒子性を示し、電子線回折は電子（粒子）の波動性を示す、ちょうど逆の組み合わせである

Answer

光電効果は電子の波動性を示し、電子線回折は光の粒子性を示す

Answer

光電効果も電子線回折も、どちらも光にだけ起こる現象である

Answer

光電効果と電子線回折は無関係である

Question 21

面間隔d＝5.0×10⁻¹⁰mの結晶に波長λ＝2.0×10⁻¹⁰mのX線を当てたところ、2次（n＝2）の反射が角度θで強め合った。このときのsinθの値はいくらか。

Accepted Answer

0.4

Question 22

連続X線と特性X線の違いを正しく説明しているものはどれか。

Accepted Answer

連続X線は電子が急激に減速するときに出る波長が連続的なX線で、特性X線は的の金属原子に特有の決まった波長で強く出るX線である

Answer

連続X線と特性X線はどちらも同じ波長のX線である

Answer

連続X線は的の金属原子に特有のX線で、特性X線は電子が減速するときに出る連続的なX線である

Answer

特性X線は結晶の中でしか発生しない

Question 23

コンプトン効果が示したこととして正しいものはどれか。

Accepted Answer

光（X線）は運動量h/λを持つ粒子（光子）としてふるまい、電子に当たると波長が長くなる方向へ散乱されること

Answer

X線は結晶でしか散乱されないこと

Answer

コンプトン効果によって光の速さが変わること

Answer

光は波としての性質しか持たないことが確認された

Question 24

加速電圧V＝2.0×10⁴V（20kV）のX線管から出る連続X線の最短波長λ₀はいくらか（h＝6.6×10⁻³⁴J・s、c＝3.0×10⁸m/s、e＝1.6×10⁻¹⁹Cとする）。

Accepted Answer

6.2×10⁻¹¹m

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