原子（知識）の問題

質量 $m$ の粒子が速さ $v$ で運動しているとき、この粒子の物質波（ド・ブロイ波）の波長は $\lambda =\frac{h}{mv}$ と表される。ただし、$h$ はプランク定数であり、粒子の速さは光の速さに比べて十分小さいものとする。物質波と電子線回折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　電子の速さを 2 倍にすると、電子のド・ブロイ波長は 2 倍になる。
• イ　同じ速さで運動している電子と陽子では、陽子のほうがド・ブロイ波長が長い。
• ウ　運動量の大きさが等しい電子と陽子では、ド・ブロイ波長は等しい。
• エ　電子線を結晶に当てても、X 線を当てたときのような回折による模様は現れない。
• オ　電子線を結晶に当てたときに現れる回折の模様は、電子が粒子としての性質をもつことを示す証拠である。

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。

X 線管では、陰極から出た電子を電圧 $V$（加速電圧）で加速して陽極の金属に当て、X 線を発生させる。発生する X 線には、連続 X 線と固有 X 線（特性 X 線）がある。X 線管で発生する X 線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　連続 X 線は、陽極の金属原子の内側の軌道の電子がはじき出されてできた空きに、外側の軌道の電子が移るときに放出される。
• イ　連続 X 線の最短波長は、陽極の金属の種類によって決まり、加速電圧によらない。
• ウ　固有 X 線の波長は、加速電圧を大きくすると短くなる。
• エ　陽極の金属を別の種類の金属に取りかえると、固有 X 線の波長は変わる。
• オ　固有 X 線は、陽極に衝突した電子が急に減速されるときに放出される。

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。

ラザフォードらは、薄い金箔に $\alpha$ 粒子（正の電荷をもつ粒子）を当て、金箔を通過したあとの $\alpha$ 粒子の進む向きを調べる実験を行った。その結果、ほとんどの $\alpha$ 粒子は金箔をほぼまっすぐ通り抜けたが、ごく一部の $\alpha$ 粒子は大きな角度で進む向きを曲げられ、中には入射してきた向きとほぼ逆向きにはね返されるものもあった。

この実験結果から考えられた原子の構造として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　正の電荷が原子全体に一様に広がって分布し、その中に電子が散らばっている
• イ　負の電荷と質量のほとんどが、原子の中心にある、原子に比べて非常に小さい部分に集まっている
• ウ　正の電荷と質量のほとんどが、原子の中心にある、原子に比べて非常に小さい部分に集まっている
• エ　正の電荷は原子の中心にある非常に小さい部分に集まっているが、質量のほとんどはそのまわりの電子がもっている