II(2)で、θ＝πの場合についてαの範囲の求め方で腑に落ちない部分があります。 解答では｢II(オ)と⑦より√2-1<α<√2 ･･･⑨｣ となっていますが、II(エ)より転回軌道の実現条件にx₀<L/2があるので、これとII(1)①式からα<1 が出てきて、√2-1<... Read More

Ⅱ 次に、 図1-3に示す実験を考える。 原子核 X 座標原点に, 初速0で次々 と注入する。 ここではx≧0の領域だけに, x軸正の向きの一様な電場Eがか けられており,Xはx軸に沿って加速していく。 x=Lには検出器があり, 原 子核の運動エネルギーと電気量, 質量を測ることができる。 電場Eは, E= 2miaとなるように調整されている。ここでv は,設問1(3)におけるA qL の速さ(図1-1参照) であり、 定数である。 X の一部は検出器に入る前に様々な地点で分裂し, AとBを放つ。 原子核の 運動する面をxy 平面にとり, 以下では紙面垂直方向の速度は0とする。 分裂時 のXと同じ速さでx軸に沿って運動する観測者の系をX 静止系と呼ぶ。 X 静止 系では, 分裂直後にAは速さで全ての方向に等しい確率で飛び出す。 X 静止 系での分裂直後のAの速度ベクトルが, x軸となす角度を0 とする。 このと き 分裂直後のX静止系でのAの方向の速度は A COS 。 と表せる。 以下の設 問に答えよ。 x < 0 *≥0 E=0 2 mv E= qL 電場: 原子核 A 検出器 (1) 図1-3にあるように, Xの分裂で生じたAの中には, 一度検出器から遠 ざかる方向に飛んだ後、 転回して検出器に入るものがある。 このような軌道を 転回軌道と呼ぶ。 Aが転回軌道をたどった上で, 検出器に入射する条件を求め よう。 以下の文の ア から カ に入る式を答えよ。 以下の文中で 指定された文字に加え, L, vAの中から必要なものを用いよ。 分裂時のXの検出器に対する速さを αVA と表すと, 分裂地点 x の関数とし てα= ア と書ける。 また, 注入されてからx まで移動する時間は, x の代わりに を用いて, イ と表せる。 転回軌道に入るためには, A の初速度の成分は負である必要があるので, 00 に対して, αで表せる条件, cos 8 < ウ が得られる。 この条件か ら, そもそも x > I では転回軌道が実現しないことがわかる。 Aが 後方に飛んだ場合, x0 の領域に入ると, 検出器に到達することはない。 これを避けるための条件は, αを用いて cos 0 > オ と表せる。 x0 > カ のときには,Aは0。 によらずx<0の領域に入ることはな い。 質量4 電気量 24 加速 転回軌道 原子核X x=0 x=x o 注入地点 初速ゼロ 分裂地点 原子核 B 分裂 図1-1 質量 電気量 質量3 電気量 図1-3 x=L (2) 検出器に入ったAのうち, 検出器のx軸上の点で検出されたものだけに着 目する。 測定される運動エネルギーの取りうる範囲をm, UA を用いて表せ。 (3) X の注入を繰り返し、 十分多数のAが検出された。 検出されたAのうち, 運動エネルギーがmi よりも小さい原子核の数の割合は, Xの半減期Tが L VA と比べてはるかに短い場合と, 逆にはるかに長い場合で, どちらが多くな ると期待されるか, 理由と共に答えよ。

(2)についての質問で、解答では、2dの範囲で波長の数が１個増えてるとしてると思うのですが、私は総距離で波長が１個増えていると思ってしまいました。なぜ違うのか教えてくださいm(_ _)m

30 波動 8 光の干渉 Sは任意の波長の単色平行光 線を取り出せる光源, Hは光の 一部を通し一部を反射する半透 明鏡(厚さは無視),M1,M2 は 光線に垂直に置かれた平面鏡, Dは光の検出器である。 Sから 出た光線は,Hを通り M1 で反 射され再びHで反射されてDに 入る光線と,はじめHで反射さ M2 T P 45゜ S H M1 (1 れたあとM2で再び反射されてからHを通りDに入る光線とに分かれ る。この2つの光線がDで干渉する。 装置全体は真空中に置かれて いる。 はじめ光路差はなく,光はDで強め合っているとする。 光の波長を 強め合 5.00×10-7〔m〕 とし, M1 を図のように距離だけ右へゆっくり平行 移動する。移動を始めてからd=2.25×10[mm] までに,Dでは光 が (1) 回強め合うのが観測された。 次に M1 をその位置 (平行移 動した位置)で固定する。 そこで, 波長をゆっくり減少させていった ら (2) [ [m]で再び強め合った。 次に波長を 5.00×10-7〔m〕 にも どし,今度はゆっくりと波長を増加させていったら,はじめに (3) 〔m〕で弱め合った。 最後に, 波長を 5.00×10-7 [m] にもど し,H と M2 の間に屈折率nが1.500で,厚さが48.8 〔μm]≦t≦ 49.4〔μm〕 であることがわかっている平行平面膜を, 光線に直交する ように置いたら,光はやはり強め合った。これから、この膜の厚さは (4) 〔μm〕であることがわかる。 ( 東京理科大)

青ペンのところ合ってますか？

問3式のように、気休Aと気休日から気体 C が生成する反応は可通反応で 発熱反応である。いま、容積がV[L]である直方体の透明なガラス製の 閉容器Xに気体Aと気体Bをそれぞれ” [mol] ずつ封入した。温度を T(K)に保ってしばらく放置すると、平衡状態に達し、容器内のTE) P(Pa)であった。この密閉容器X を図2のようにセットし、光源から単体 光線をガラス容器の壁面に垂直に透過させ、透過した光の強度を検出器で 定した。この反応では、透過した光の強度は密閉容器X内の気体Cの物質 量に比例して増加したものとする。 後の問い (a~c) に答えよ。 A + B 2C (1) X 光源 検出器 図2 密閉容器Xに光を当てたときの模式図 a 式(1)で温度T [K] において,平衡状態で気体Aが元の物質量から減少し た割合を@__<a< 1)とする。このとき,気体Cの分圧として最も適当 なものを、次の①~⑤のうちから一つ選べ。 ただし, 気体定数は R[L・Pa/(K・mol)] とする。 3 Pa n(1-a)RT n(1-a) V 2naRT RT V ④ 2na V RT V PART A+B22c ○v=nRT in -nath-nx + 2nx 52m ん h +2na -na-na n(i-x)(1-x)~ n(i-x) (1-x)~ 2na Py (第2回-3) 35

(2)でなぜ「-1」をする必要があるかわかりません

図のSは任意の波長入の単色平行光線をとり 出せる光源,Hは光の半分を通し残り半分を反射 する厚さの無視できる半透明鏡, M1,M2 は光線 に垂直に置かれた平面鏡である。 Sから出た光は Hで2つの光線に分かれる。ひとつはHを透過 し M1 で反射したあと, Hで反射し光検出器Dに 達する。他方はHで反射したあと, M2 で再び反 射してから,Hを透過しDに達する。 Dではこの 2光線の干渉が観測される。 装置は真空中に置か れているとして、 以下の問いに答えよ。 S O H M25 (1) M1,M2 が図の位置のとき, 光源からDに達する2光線の間には光路差 (光学距離の差) はなく, 2光線が強め合っている。 この位置から M2 を鉛 直下方に距離だけ平行移動すると,やはり強め合うのが観測された。 を波長入および整数で表せ。 (2)図の位置からM2 を一定の重力の中で自由落下させ, Dで光の強め合い を検出した。落下し始めた瞬間の強め合いを1回目とし、時間後にN 回目の強め合いが検出された。 重力加速度g を入, t, N で表せ。 なお、落 下中 M2 の面は傾かない。 (3) M2 を図の位置 (10) に戻して, Hと M1 の間に屈折率 n=1.5, 厚さ d=2.5×10 〔m〕 の薄膜を入れたとき, 波長 入1 = 0.50×10[m]で強め 合っていた。ここで,光源Sの波長をゆっくりと増やしていくとDの干渉 光は一度弱くなるが,ある波長 入になると再び強め合う状態になった。 波長が変わっても屈折率は変化しないとして,入2 を求めよ。 (千葉大)

この(1)においてs→m1→Dへの光は波が9個進むのにおいて、s→m2→Dへの光は進まないと考えてよろしいのですか？ そう考えると9回強め合う理由が納得いくのですが、光は常に出てるのでs→m2→Dへの波も動くと思ってしまいましたが説明お願いします

30 30 波動 8 光の干渉 Sは任意の波長の単色平行光 線を取り出せる光源 Hは光の 一部を通し一部を反射する半透 明鏡(厚さは無視) Mt. M2 は 光線に垂直に置かれた平面鏡 Dは光の検出器である。 Sから 出た光線は,Hを通りで反 射され再びHで反射されてDに 入る光線と、はじめHで反射さ Ma S H Mi OD れたあとMで再び反射されてからHを通りDに入る光線とに分かれ る。この2つの光線がDで干渉する。 装置全体は真空中に置かれて いる。 はじめ光路差はなく、光はDで強め合っているとする。 光の波長を 5.00×10-〔m〕 とし, M. を図のように距離だけ右へゆっくり平行 移動する。 移動を始めてからd=2.25×10 〔mm〕 までに, Dでは光 が (1) 回強め合うのが観測された。 次にM」 をその位置(平行移 動した位置)で固定する。 そこで、波長をゆっくり減少させていった ら (2) [m] で再び強め合った。 次に波長を 5.00 ×10-7 (m)にも とし、今度はゆっくりと波長を増加させていったら、はじめに (3)〔m)で弱め合った。 最後に、波長を 5.00 ×10 [m]にもど し、HとM』の間に屈折率nが1,500で、厚さが48.8 [μm〕sts 49.4 [μm〕 であることがわかっている平行平面膜を、光線に直交する ように置いたら、光はやはり強め合った。これから、この膜の厚さは (4) [μm) であることがわかる。 (東京理科大)

領域１から2に行くまでに隙間があるのには何か意味があるのですか？

と C, Cu=64.93u 有効数字3桁で求めよ。 337. 質量分析器 図のような質量分析器について 考えよう。紙面上を右向きに進入してきた原子番号 Z, 質量 m の原子核は, 領域Iで図のような電場Eと紙面 に垂直な磁場(磁束密度B) を受ける。 ここで直進した 核はスリットを通り, 領域ⅡIで再び領域Ⅰと同じ向きと 大きさの磁場から力を受けて半周し, 検出器に到達する。 重力の影響は無視し, 電気素量をeとする。 (1) 領域Iを直進する核の速さを求めよ。 また, 領域Iの磁場の向きを求めよ。 (2) 領域ⅡIでスリットから検出器までの距離を, 以外の量で表せ。 (3) 同じ元素の核を用いても,何%かはこの異なる検出器に到達した。 その理由を示せ。 m ひ E, B .......... 領域 Ⅰ [ + + + + 検出器 B D 領域 ⅡI 44 -----

この問題に関して質問です。 （ハ）の解説で2行目の式から3行目の式にどうすれば変換できまか？ 教えて頂けると助かります

3 重力波はアインシュタインの一般相対性理論により約100年前に予言された, 空間の伸び縮 みが横波として伝わる現象である。 2016年に重力波の初めての直接検出が報告され,現在では世 界的に観測が行われている｡ その基本的な原理はマイケルソン干渉計によるものである。 図のようなレーザー光源を用いた装置で, 光の干渉を利用して微小な距離変化を測定する。 装 置は、真空中にあるとする。 レーザー光源から出た光の進行方向をx軸の正方向に取る。 レーザー 光源は軸上の<0の位置にある。原点Oに軸に対して45°傾けて設置された厚さがじゅう ぶんに薄いビームスプリッターにより、レーザー光は半分透過し、残りが反射する。 透過した光 はそのままぁ軸上を進み, z=L+Xの位置にある鏡1で全反射する。 一方,原点で反射した 光は軸に垂直な方向に進行する。 この進行方向を軸の正方向に取る。 y軸上を進行した光は、 =L+Yにある鏡2で全反射する。 鏡1と鏡2で反射した光は再び原点0で半分に分けられ、 部がy軸上の負の位置にある点Dの光検出器に入射する。 これにより, AOBOD という経路の光 と, AOCOD という経路の光が干渉し、 検出器で観測される。 レーザー光の波長を入とする。 簡 単のため、 透過や反射による位相の変化はないものとする。 鏡の動きは光速と比較してじゅうぶ んに遅く、 入射する光と反射する光の波長は変化しないとする。 以下の問に答えよ。 (イ) 点Dで光が強め合う条件を,L,X,Y, 入および整数mより必要なものを用いて表せ。 (ロ) 鏡2をY = 0 の位置で固定したまま鏡1を X = 0 の位置から軸上を正の向きに距離 α だけ動かした。 鏡1を動かしている間に点Dで光の干渉を観測したところ、 弱め合いが N回 観測され、移動後は,ちょうど強め合っていた。 ① を L, N, 入より必要なものを用いて表せ。 重力波によって空間の伸び縮みが生じると, x,y 軸方向の光路が時間に依存して変化する。 そ こで鏡1と2が微小な単振動をするモデルを考え, X(t) = Acos (wt), Y (t)= Acos (wt+Φ) と表す。 ただし, A > 0, w ①,0≦2とする。 ここでは重力波のやってくる方向に よって決まる定数である。 (ハ) 光路差が時間によらず0となるとき, 重力波は検出できない。 このときの中の値を答えよ。 (-) 光路差の大きさをf(Φ) sinwt + t + 2/2) | の形に表すと、f(Φ) = K sin0 となる。 ただし, K はによらない正の定数である。 K と 0 を、 それぞれL, 入, A, Φより必要なものを用いて表せ。 (ホ) さまざまなの値に対するf(Φ) の最大値をL,入, A より必要なものを用いて表せ。 (へ) A = 1 x 10-21L, X = 1 × 10-6mのとき, 問 (ホ)の光路差の最大値をレーザー光の波長 入 の 4 x 10-10倍にするには, Lを何km にする必要があるか。 有効数字1桁で答えよ。 実際の重力波干渉計では、図のような装置にさらに鏡を追加してレーザー光を往復させ、 実効 的な光路長を長くする。そのため、実際の装置の大きさは,問(へ)のLの値より小さい。 201 w710-al 532 9 X 3275 6 IT レーザー光源 200 #31 37 エイ 37 L+Y [D 鏡 2 ビームスプリッター 鏡1 = Bª L+X 光検出器 Acasat sma -A sinut eard + Ato sulle Ksmo smot cov? + covul sm f v/ - In 4. JA 27-

(3)の解答で+1回折光同士、−1回折光同士は既に互いに同位相なのでその2つが同位相であれば強めあい、と書いてあるのですが、なぜそれぞれ同位相なのか教えていただけますか？可能であれば明日までにお願いします。

第3問 真空中において, 格子定数 (隣り合うスリット間隔) がこの回折格子に垂直に + Toots stl - 1 - 1 にx軸をとり,x軸に垂直で回折格子のスリットに垂直にy軸をとる。 Ⅰ 図3-1のように真空中で回折格子面に平行に十分に広いスクリーンを, 格子 定数に比べて十分に遠い位置に置いたところ (図では,回折格子が拡大されて描 かれている), 輝点が全部で5個できた。 レーザー光の入射方向(x 方向)の回折 0次回折光, 隣からy軸の正方向に向かって +1 次回折光, +2 次回折光と 呼び,y軸の負方向に向かって1次回折光, 2次回折光と呼ぶ。 1次の回 折角を ⑥0,0), +2 次の回折角を02 (0)とする。 (1) sin 0₂ sin 0₁ を求めよ。 (2) 輝点が5個となるために光の波長が満たす条件を不等式で示せ。 レーザー光 y スクリーン /0₂ Ki 回折 格子 図 3-1 ++2次 +1次 0次 第1次 2次 ⅡⅠ 紅 鬼 命 を検 を ざ 光 る

分光光度計とフォトダイオードアレイ検出器の違いって何ですか？詳しく知りたい。

授業でやってなくて、調べても理解できないまま解けていないので、解き方と解説を教えて下さい。🙏 答えも載せてあります。

図の HM はハーフミラーで, 光路に対 して 45” の角度で置かれている。A と Bは それぞれ, 光路に対して垂直に置かれた 2 つ の平面鏡の上の点である。HM の点 0 に, 図の左から入射した単色光は透過光と反射光 に分かれる。 透過光は平面久の点 A で反射 された後, さらに HHM の点 0O で反射されて 光検出器 D に到達する。 一方,反射光は平 面多の点 B で反射された後, HM の点0 を 透過して光検出回 D に到達する。 2 つの平面鏡の点 0 からの距離を 0A一0B=ニ2 になるよ うに置き, 入射光の波長を変化させていくと, 光路0つAつ0 つD と, 光路0つBつ0っ Dを経た光の王渉によって, D で検出される光の強度が変 化する。 次の問いに答えよ。 (1) まず, 入射単色光の波長を変えていくと, ある波長 4」 で検出 される光の強度が極大 値を示した。このときの, 9と 4 の関係を整数 を用いて表せ。 (②⑫ ねから波長を長くしていくと, いったん検出光の強度が減少した後。 再度増加を色 め, 波長 4。 で極大値を示した。このときの, と 4。 の関係を (1) の整数 を用いて表 せ。 (⑬⑲ (① と⑫ の結果を用いて, み とづをそれぞれ 4」, 4。 を用いて表せ。 (4⑭ 波長をにもどし, 平面鏡 A を右に移動すると, 光検出回D では極大と極小をく り返した。 回目の極大 (初めの状態の極大を 1 回目 とする) となったときの平面鏡の 移動距離 47 を, , れ で表せ。 ト| 位相の変化を求めるため, 2 つの光がそれぞれ何回反射するかを考える。 |