陰極線の正体が負電荷をもつ粒子（電子）の流れであること、トムソンが比電荷 を測定したこと、ミリカンの油滴実験で電気量が電気素量 の整数倍になることを示したことについて、正しい記述を選べる
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放電管の陰極から出る「陰極線」の正体は何か、そして電気量には最小の単位があるのか、という問いに答えた実験の要点を学びます。陰極線が負電荷をもつ粒子（電子）の流れであること、トムソンが比電荷 を測ったこと、ミリカンが油滴実験で電気素量 を求めたことを、正しく説明できるようになります。原子の構造や電子の性質を扱う問題で、記述の正誤を判断するときに使います。
真空に近い放電管の両端に高い電圧をかけると、陰極（負極）から陽極へ向かう流れが生じます。これが陰極線です。陰極線は途中に障害物を置くと、陽極側にくっきりした影をつくります。つまり直進します。また、陰極線を電場の中に通すと正極側の極板へ曲がります。電場 の中で電荷 が受ける力は で、 なら力は電場と逆向き、つまり正極側を向きます。磁場の中では、ローレンツ力を受けて曲がります。その向きは、正電荷が同じ向きに動くときとは逆です。この 2 つの結果から、陰極線は負電荷をもつ粒子の流れだとわかります。なお、ローレンツ力は速度に垂直で仕事をしないので、磁場は陰極線の向きを変えるだけで、速さは変えません。
トムソン（1897 年）は、電場と磁場による曲がり方から、粒子の電気量の大きさ と質量 の比、つまり比電荷 を求めました。まず電場による力 と磁場による力 がつり合って陰極線が直進する条件から、速さ がわかります。次に、片方の場だけで曲がる量を測ります。ただし、運動のようすから分かるのは比だけです。運動方程式 から加速度は となり、 と は の組み合わせでしか現れないからです。比電荷は約 でした。陰極の金属や管内の気体の種類を変えても同じ値になったので、この粒子はあらゆる物質に共通に含まれる粒子と考えられ、電子と名づけられました。
ミリカンは、帯電させた小さな油滴を水平な 2 枚の極板のあいだに入れ、電場による上向きの力 と重力 がつり合う条件などから、油滴の電気量 を求めました。油滴の質量は、空気中を落ちる速さから求めました（空気抵抗は速さに比例するとして扱います）。多くの油滴で測ると、電気量はいつもある最小の値の整数倍 （ は整数）になっていました。この最小の単位が電気素量 で、電子 1 個の電気量は です。トムソンの比電荷と組み合わせると となり、電子の質量は水素原子の約 ととても小さいことがわかりました。
選択肢が「陰極線の性質」「トムソンの実験」「ミリカンの実験」のどれについての記述かを見分ける。
陰極線の記述なら、次の点と照らし合わせる。陰極から陽極へ向かって直進する。負電荷をもつので電場では正極側へ曲がる（力 で ）。磁場ではローレンツ力で曲がるが、その向きは正電荷の場合と逆で、速さは変わらない。
トムソンの記述なら、次の点を確かめる。測ったのは比電荷 （約 ）であり、 と を別々に測ったのではない。比電荷は陰極の材料や気体によらず一定である。
ミリカンの記述なら、次の点を確かめる。油滴にはたらく電気力と重力のつり合いなどから電気量を求めた。電気量はつねに （ は整数、）である。
2 つの実験を組み合わせると電子の質量 が求まる、という関係も確認し、すべての点に合う選択肢を選ぶ。
陰極線と電気素量に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 陰極線を、平行な 2 枚の極板のあいだの電場の中に通すと、負極側の極板に近づくように曲がる。
イ トムソンは、陰極線をつくる粒子の電気量と質量を、それぞれ別々に測定した。
ウ ミリカンは、油滴のもつ電気量を測定し、どの油滴の電気量も約 の整数倍になっていることを示した。
エ 陰極線をつくる粒子の比電荷は、陰極に使う金属の種類を変えると異なる値になる。
手順 1：ア・エは陰極線の性質、イ・エはトムソンの実験、ウはミリカンの実験についての記述である。
手順 2（ア）：陰極線は負電荷をもつ。電場から受ける力 は なので電場と逆向き、つまり正極側を向く。したがって陰極線は正極側へ曲がる。アは誤り。
手順 3（イ）：運動方程式は で、加速度は となる。運動から分かるのは比電荷 だけなので、トムソンが測ったのも比電荷である。イは誤り。
手順 3（エ）：比電荷は、陰極の金属や気体の種類によらず同じ値だった。だからこそ、すべての物質に共通な粒子（電子）と考えられた。エは誤り。
手順 4（ウ）：ミリカンの油滴実験では、電気量はつねに （ は整数、）となった。ウは正しい。
よって正しいものはウ。
答え: ウ
陰極線が電場の中で負極側へ曲がるとしてしまう誤り。正しくは、陰極線は負電荷 をもつので、力 は電場と逆向きになり、正極側へ曲がる。
トムソンが電子の電気量 や質量 を測定したとしてしまう誤り。正しくは、運動方程式からは のように比しか決まらないので、トムソンが測ったのは比電荷 である。 はミリカンが求め、2 つを合わせて がわかった。
物体の電気量はどんな値でもとれるとしてしまう誤り。正しくは （ は整数）で、 のような半端な値は現れない。
磁場の中で陰極線が加速されて速くなるとしてしまう誤り。正しくは、ローレンツ力 は速度に垂直で仕事をしないので、向きだけが変わり速さは変わらない。また、曲がる向きは正電荷のときと逆である。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
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。
ミリカンは、霧吹きで細かい油滴をつくって 2 枚の水平な極板の間に入れ、X 線などで帯電させた油滴の運動を顕微鏡で観察した。極板間に電圧をかけないときに油滴が一定の速さで落下するようすと、電圧をかけたときの油滴の運動のようすから、多数の油滴について、それぞれがもつ電気量の大きさを求めた。その結果、どの油滴の電気量の大きさも、ある一定の値 （約 ）の整数倍になっていることがわかった。電気量がこの値を単位としてとびとびの値しかとらないことから、 は電荷の最小単位であり、電子 1 個がもつ電気量の大きさに等しいと考えられる。
この を表す用語のうち、高校物理の教科書でふつう用いられる漢字 4 字の用語を答えよ（同じ量を表す、字数の異なる別の名前もあるが、ここでは漢字 4 字のものを答えること）。