原子（知識）の問題

原子核の結合エネルギーと、それにもとづく核分裂・核融合について述べた次の文ア〜オのうち、正しいものをすべて選べ。ただし、真空中の光の速さを $c$ とする。

• ア　原子核の結合エネルギーは、原子核をばらばらの陽子と中性子に分けるために必要なエネルギーであり、質量欠損を $\Delta m$ とすると $\Delta m{c}^2$ と表される。
• イ　核子 1 個あたりの結合エネルギーは、質量数が大きい原子核ほど常に大きい。
• ウ　核子 1 個あたりの結合エネルギーが大きい原子核ほど、安定である。
• エ　ウランのような質量数の大きい原子核が核分裂すると、核子 1 個あたりの結合エネルギーがもとの原子核より小さい原子核ができる。
• オ　水素のような質量数の小さい原子核どうしが核融合すると、反応後の原子核の質量の和は反応前の質量の和より小さくなり、その差に相当するエネルギーが放出される。

光子とコンプトン効果、および光電効果について述べた次の文ア〜オのうち、正しいものをすべて選べ。ただし、プランク定数を $h$、真空中の光の速さを $c$ とする。

• ア　真空中で振動数 $\nu$ の光の光子 1 個は、エネルギー $h\nu$ と、大きさ $\frac{h\nu }{c}$ の運動量をもつ。
• イ　物質中の電子に衝突してエネルギーの一部を電子に与えた X 線光子の波長は、衝突前の波長より短くなる。
• ウ　コンプトン効果は、X 線光子と電子の衝突において、エネルギーの和と運動量の和がともに保存されるとして説明できる。
• エ　単色光の強さ（単位面積を単位時間に通過する光のエネルギー）を変えずに振動数を大きくすると、単位面積を単位時間に通過する光子の数は増える。
• オ　光電効果において、金属の限界振動数は、その金属の仕事関数をプランク定数 $h$ で割った値に等しい。

X 線管では、陰極から出た電子を電圧 $V$ で加速して陽極の金属に当て、X 線を発生させる。X 線の発生と電子の波動性について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、電子や陽子の速さは光の速さに比べて十分小さいものとする。

• ア　加速電圧 $V$ を大きくすると、連続 X 線の最短波長は長くなる。
• イ　連続 X 線の最短波長は、加速電圧 $V$ によらず、陽極の金属の種類によって決まる。
• ウ　電子の速さを大きくすると、電子のド・ブロイ波長は長くなる。
• エ　同じ速さで運動する電子と陽子では、陽子のほうがド・ブロイ波長が長い。
• オ　固有 X 線が発生している範囲で加速電圧 $V$ を変えても、固有 X 線の波長は変わらず、その波長は陽極の金属の種類によって決まる。

素粒子の分類と、自然界の 4 つの基本的な力（重力・電磁気力・強い力・弱い力）について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、陽子は u クォーク（アップクォーク）2 個と d クォーク（ダウンクォーク）1 個から、中性子は u クォーク 1 個と d クォーク 2 個からなるものとする。

• ア　電子やニュートリノはレプトンに分類され、原子核の中で陽子や中性子を結びつけている強い力を受ける。
• イ　陽子や中性子のように、3 個のクォークが結びついてできている粒子は、ハドロンのうちの中間子に分類される。
• ウ　4 つの基本的な力のうち、力のおよぶ距離が原子核の大きさ程度以下に限られているのは、重力と電磁気力である。
• エ　陽子と中性子の電荷が異なるのは、中性子が陽子と電子 1 個ずつが結びついてできた複合粒子だからである。
• オ　原子核の ${\beta }^{-}$ 崩壊は、中性子に含まれる d クォーク 1 個が u クォークに変わることで起こり、この変化を引き起こすのは弱い力である。

光の粒子性について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　金属に当てる光の振動数が限界振動数より小さくても、光を十分に強くすれば光電子が飛び出す。
• イ　金属に当てる光の振動数を変えずに強さだけを大きくすると、飛び出す光電子の運動エネルギーの最大値が大きくなる。
• ウ　仕事関数が大きい金属ほど、その金属の限界振動数は小さい。
• エ　X 線光子が静止している電子に衝突して散乱されると、散乱された X 線の波長は入射した X 線の波長より長くなる。
• オ　光子 1 個のエネルギーは、その光の波長に比例する。