原子（知識）の問題

原子核の質量とエネルギー、および核分裂・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　原子核の質量は、その原子核を構成する陽子と中性子をばらばらにしたときの質量の和よりも小さい。
• イ　原子核の結合エネルギーが大きいほど、その原子核の質量欠損は小さい。
• ウ　核子 1 個あたりの結合エネルギーは、質量数が鉄の付近の原子核で最も大きくなる。
• エ　ウラン 235 の原子核が中性子を吸収して核分裂するとき、反応後の粒子（分裂片の原子核と放出される中性子）の質量の和は、反応前のウラン 235 の原子核と中性子の質量の和よりも大きい。
• オ　重水素や三重水素のような軽い原子核どうしが核融合してヘリウム原子核ができるとき、反応後の原子核の核子 1 個あたりの結合エネルギーは、反応前の原子核の核子 1 個あたりの結合エネルギーよりも大きい。

放射性原子核の崩壊と半減期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、β 崩壊は原子核から電子（β 線）が放出される崩壊とする。

• ア　原子核が α 崩壊すると、原子番号は 2 減少し、質量数は 4 減少する。
• イ　原子核が β 崩壊すると、質量数は変わらず、原子番号は 1 減少する。
• ウ　原子核が γ 線を放出しても、原子番号と質量数はどちらも変わらない。
• エ　放射性原子核の半減期は、その原子核を含む物質の温度を高くすると短くなる。
• オ　半減期の 2 倍の時間がたつと、はじめにあった放射性原子核はすべて崩壊してなくなる。

次の文中の空欄 a・b に入る語句・式の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、真空中の光の速さを $c$ とする。

「原子核の質量は、その原子核を構成する陽子と中性子をばらばらにしたときの質量の和より　a　。この質量の差を $\Delta m$ とし、質量欠損という。静止している原子核をばらばらの陽子と中性子に分けるには、外から　b　のエネルギーを加える必要がある。このエネルギーを原子核の結合エネルギーという。」

水素原子のエネルギー準位と、水素原子が出す光の線スペクトルについて、ボーアの水素原子模型にもとづ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、$n$ は量子数（$n=1,2,3,\cdots$）とする。

• ア　水素原子のエネルギー準位の間隔は、量子数 $n$ が大きい準位ほど広くなる。
• イ　電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に移るとき、2 つの準位のエネルギーの差に等しいエネルギーをもつ光子が 1 個放出される。
• ウ　水素原子が出す光のスペクトル系列のうち、可視光の領域に線が現れるのはライマン系列である。
• エ　基底状態にある水素原子は、どのような振動数の光を当てても、その光を吸収して励起状態に移る。
• オ　電子の円軌道の半径は、量子数 $n$ が大きい定常状態ほど小さくなる。

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。