原子（知識）の問題

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。

波長 $\lambda$ の X 線を物質に当てたところ、X 線の光子 1 個が、物質中で静止しているとみなせる電子 1 個と衝突し、光子は進む向きを変えて散乱され、電子ははじき飛ばされた（コンプトン効果）。プランク定数を $h$、真空中の光の速さを $c$ とする。

この衝突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。

• ア　入射した X 線の光子は、大きさ $h\lambda$ の運動量をもつ。
• イ　光子と衝突したあとも、電子は静止したままである。
• ウ　衝突の前後で、光子と電子の運動量の和もエネルギーの和も保存される。
• エ　散乱された X 線の波長は、入射した X 線の波長 $\lambda$ よりも短い。
• オ　衝突の前後で、光子と電子の運動量の和は保存されるが、エネルギーの和は保存されない。

物質に X 線を当てると、散乱された X 線の中に、入射した X 線とは波長の異なるものが含まれる。この現象をコンプトン効果という。散乱された X 線のうち、波長が変化したものの波長は、入射した X 線の波長より　a　。この現象は、波長 $\lambda$ の X 線を、エネルギー $\frac{hc}{\lambda }$ と大きさ　b　の運動量をもつ粒子（光子）の集まりと考え、光子と物質中の電子との衝突でエネルギーと運動量の和が保存されるとして説明できる。ただし、$h$ はプランク定数、$c$ は真空中の光の速さとする。

空欄 a・b に入る語句・式の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア
• イ
• ウ
• エ

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。

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。