原子の問題
X 線管で、陰極から出た電子(初速度は とみなす)を電圧 で加速し、陽極(ターゲット)に衝突させて X 線を発生させる。このとき発生する連続 X 線のうち、最も短い波長(最短波長)は何 m か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、プランク定数を 、真空中の光の速さを 、電気素量を とする。
この問題で使うもの
- 連続 X 線の最短波長(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(46 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 音の伝わり方と大きさ・高さ
- 音の振動数と波形
- 小数の四則計算
- 分数のたし算・ひき算
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 正負の数の加法・減法
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 比例・反比例の式とグラフ
- 光子のエネルギーと運動量
- 三角形・四角形の面積
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 特別な直角三角形の辺の比
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 三角形の角の大きさ
- 相似な三角形と長さの比
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 三角比の定義と値
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- ベクトルの演算と成分
- 重力と力の大きさ
- 2 力のつり合いと作用・反作用
- 力の種類とはたらき
- 重力・垂直抗力・張力の性質
- 慣性の法則と力のつり合い
- 力の分解と質点のつり合い
- 静止摩擦力・最大摩擦力・動摩擦力
- 静止摩擦力と動摩擦力
- 仕事
- 運動エネルギーと仕事の関係
- 連続 X 線の最短波長
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
加速された電子が得る運動エネルギーを求め、それがすべて 1 個の X 線光子のエネルギーになる場合を考えよう。
ヒント 2
電子の運動エネルギーは 、光子のエネルギーは である。最短波長では が成り立つ。
ヒント 3
を計算する。
答えと解説
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解説を読む
電子は電圧 で加速されるので、静電気力がする仕事 だけ運動エネルギーを得る(エネルギーと仕事の関係)。初速度が なので、陽極に達したときの電子の運動エネルギーは である。
連続 X 線の光子のうち、エネルギーが最大になるのは、電子 1 個の運動エネルギーがすべて 1 個の X 線光子のエネルギーになったときである。光子のエネルギーは なので、最短波長 は
を満たす。よって
分子は 、分母は なので
別解
電子が得る運動エネルギー がすべて1個の光子のエネルギーになったとき、波長が最短になる: 。
。
検算: に対し で一致。