原子（知識）の問題

自然界の基本的な力（相互作用）は 4 種類に分けられる。そのうちの 1 つは、原子核の β 崩壊を引き起こす力で、この力によって原子核内の中性子が陽子に変わり、電子と反ニュートリノが放出される。この力は、クォークにもレプトンにもはたらくが、力の及ぶ距離は原子核の大きさよりもさらに短い。この力を何というか。

低い圧力の気体を封入したガラス管（放電管）の電極間に高い電圧をかけると、陰極から陰極線が出る。陰極線の性質と、電子の比電荷・電気素量について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　陰極線は電場や磁場によって進路が曲げられ、その曲がる向きから、陰極線は負の電荷をもつ粒子の流れであることがわかった。
• イ　J. J. トムソンは、陰極線が電場や磁場から受ける力による曲がり方を調べて、陰極線の粒子の比電荷（電荷の大きさと質量の比）を求めた。
• ウ　陰極の金属の種類や管内の気体の種類を変えても、陰極線の粒子の比電荷は同じ値になった。
• エ　電子の比電荷は、水素イオン（陽子）の比電荷に比べてはるかに小さい。
• オ　ミリカンの実験で求めた電気素量 $e$ と、電子の比電荷 $\frac{e}{m}$ の値を用いると、電子の質量 $m$ を求めることができる。

原子核は、正の電荷をもつ陽子と電荷をもたない中性子からできている。陽子どうしは静電気力（クーロン力）によって互いに反発し合うが、それでも原子核がばらばらにならないのは、陽子と中性子（核子）の間に、電荷の有無に関係なくはたらく別の力があるためである。この力は、およそ $10^{-15}\mathrm{m}$ 程度のごく近い距離でだけはたらき、その距離では静電気力よりもはるかに強い引力である。原子核の構成を学ぶときに出てくる、核子どうしを結びつけているこの力の名称を、漢字 2 字で答えよ。

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。

金属の表面に振動数 $\nu$ の光を当てると、光子 1 個のエネルギー $h\nu$（$h$ はプランク定数）を金属内の電子 1 個が受け取り、電子が金属の外に飛び出すことがある。飛び出した電子（光電子）の運動エネルギーの最大値 $K_{\max }$ は、$K_{\max }=h\nu -W$ と表される。ここで $W$ は、金属内の電子 1 個を金属の外に取り出すために必要な最小のエネルギーであり、金属の種類によって決まる。この $W$ を何というか。