1番上の公式の右辺はクーロン力なんですが、 電荷が−eの時でも正になるのはなんでですか? −だったら向心力が働いてるからよくない？？って思っちゃって、、教えてくださいお願いします！

●水素原子 電子の粒子性 m 電子の波動性 (量子条件) r - kee 22 2πr=n. (ボーア半径) h rn=aon2 (n=1,2,3, mv h² do= 42km2 エネルギー: E=/12m+(-eki - mv² ) = — he² E = -b ke2 En E r 2r 光の放出 吸収 : hv=En-En 1 1 =R 12 電子の質量me=9.1×10-31kg 入 リュードベリ定数 Ral D- ①電子の軌道半径はとびとびの値となる。 ②エネルギーもとびとびの値となる。 ③光子のエネルギーは、軌道のエネルギー準位の差で E: 基底状態(エネルギー最低), n≧2 励起状態 ・放出する光は吸収もできる。 ● 原子 質量数

物理の原子の範囲です、問1から問3までどなたか解説お願いします🙇🙇🙇🙇🙇

★第99問 次の文章を読み、下の問い (問1~3)に答えよ。 (配点 12) 【8分】 X線管を用いたX線の発生実験について考える。 図は, モリブデンを陽極とした ときに発生するX線の強さとX線の波長の関係を示したスペクトルである。 ただし, プランク定数をh=6.6x10s. 電気素量をe=1.6×10 "C 光速を c = 3.0× 10m/sとする。 X線の強さ 1/2倍にすると、 問2 加速電圧を も適当なものを,次の①~④のうちから一つ選べ。 X線のスペクトルはどのように変化するか。 最 4 ① 最短波長は一倍になり,固有X線の波長は変化しない。 ② 最短波長と固有X線の波長はともに 1/2倍になる。 ③ 最短波長は2倍になり、固有X線の波長は変化しない。 ④ 最短波長と固有X線の波長はともに2倍になる。 問3 コンプトン効果について説明した文の空欄 ア イ に入れる語句 の組合せとして最も適当なものを、下の①~④のうちから一つ選べ。 5 固有 X線 コンプトン散乱により,散乱X線の波長は入射X線の波長に比べて ア なる。これはX線の イ により説明される。 ア イ 1 2 3 4 波長 5 6 7 8 9 10 〔×10™"m〕 ① 短く 波動性 問1 X線の最短波長は2.0×10mである。これより、電子の加速電圧Vを有効 ② 短く 粒子性 び出した電子の初速は無視する。 数字2桁で表すとき. 次の式の空欄 1 も適当なものを,下の①~⑩のうちから一つずつ選べ。ただし,陰極から飛 ~ 3 に入れる数字として最 ③ 長く 波動性 ④ 長く 粒子性 1 2 3 V= ① 1 2 ⑥ 6 27 ⑦⑦ (3) ⑦ 7 (8 38 2 × 10 y O A ④ 4 (5) 9 ① 50

量子条件を考える際、波がなめらかにつながるようにしないといけない理由があまりよくわからないので教えてほしいです。

答え 364 第3部 原子 ③ 量子条件 量子条件とは、まず電子の波動性に注目する。 円軌道上に、前章で学ん だ電子のド・ブロイ波があると考える。 ド・ブロイの波長公式 : 入e= h mv 電子が円周に沿ってスムーズに進むためには、次の図のように波がなめ らかにつながっている必要があると考えよう! 円軌道上に6波長ある のがわかるよね! + 波がなめらかにつながるためには、上図のように円周上に入。が自然数 このことを式で表したのが 個収まればよい。 上図の場合は6波長だ! 量子条件だ。 -)=U 量子条件: 2πr=nle(n=1、2、 3......) 上式のnは自然数なのだが、 物理では量子数って呼ぶ。 h ド・ブロイの波長公式: he = を上式に代入する。 mv h .3 2лr=n mv ●の円運動の運動方程式と3の量子条件は、半径と速さの連立方程 弐になってるよね。 そこで、この2式から電子の速さ”を消去して、 軌道半径rを計算する。

（3）はどうしてこのような式になるのでしょうか？

出題パターン 91 原子モデル そのまま 出る! ボーアの水素原子模型では,+e の電気量を持つ陽子のまわりに - の 電気量を持つ質量m の電子が,半径の円軌道上を速さで運動している ものと考える。 プランク定数をん, 真空中での光速をc, クーロン力の比例 定数をとする。 (2) 電子の運動エネルギーと電気力による位置エネルギーの和をke. (1) 電子に働く遠心力と電気力のつりあいの式を書け。 r を用いて表せ。ただし、電気力による位置エネルギーは無限遠を基準とす る。 (3)量子数をn= 1, 2, 3, …として、電子が安定な軌道を運動し続けるた めの条件を mvr, h, n を用いて表せ。 (4)安定な軌道半径rame, h,k, n を用いて表せ。 (5)エネルギー準位Enをme, h,k,n を用いて表せ。 解答のポイント! た 原子核のまわりを回る電子は粒子性と波動性の両方を持っているので,まずは 粒子として,次に波動として安定に存在できる条件を求める。 本間は試験にその まま出るので,何も見ずに と Em を導けるようにしよう。 【解法 (1) まず図 26-12 のように, 電子を陽 電位は向き× 土 子のまわりを円運動している粒子と 回る人 みなす。回る人から見た力のつりあte いの式より, クーロン力 m²² = ke² ... ①© r (2)電子の持つ力学的エネルギーE 図26-12 は運動エネルギーと電気力による位 置エネルギーの和であり, E=123mo -mv² + (-e)) 運動エネルギー 位置エネルギー この式に① ② (図 26-12 参照) を代入して 1 ke ke ke² E= = +(-e)· 2r 2 r r 遠心力 02 r ④がの位置 につくる電位は y=ke... STACE 36 と 291

この2番の問題なぜ、eがマイナスになるんですか？ほかの問題でプラスになったりマイナスになったりしてわけがわかりません

(3) Step 1 解答編 p.246~247 陰極線 次の文の[ □に適当な語句を入れよ。 電極を封入したガラス管に低圧の気体を入れ,高電圧をかけて放電させる。 ③には,(1)物体によっ ②極の反対側のガラス管壁が蛍光を発する。 これは② コや磁界によって 体の圧力が数 kPa 程度であると、管内の気体が ① する。一方,10Pa以下の圧 力の放電管では, から出る ③がガラスに当たって生じるものである。 ④性) (2) ⑤ 電荷を運ぶ (3) ⑥ て遮られ、影ができる 曲げられる, などの性質がある。 トムソンは3③⑦を測定した。後に ③の正体は⑧の流れであることがわかった。 ② 電子に生じる加速度 右図のように間隔dの平行極板間に電 圧をかける。質量m/電気量-d(≪0)の電子を極板に平行 に入射したときの電子の加速度の大きさと向きを求めよ。 43 d D 3 電子の比電荷と加速度間隔が0.10m だけ離れた平行極板に, 2.0×10Vの電 e €₁ m をかけた。この極板間に置かれた電子 (比電荷 度の大きさは何m/s2 か。 + + + m, -e ? ミリカンの実験空気中に, 2枚の平行板電極を、上下に間隔dだけ離して水平に 置き,電圧Ⅴをかけた。この極板間に質量の電気量帯電した油滴を入れる と,油滴は一定の速させて上昇した。このときの力のつり合いの式を書け。ただし、 油滴が受ける空気の力は油滴の速さに比例し(比例定数k) 重力加速度の大き さをgとする。 64 V 3 3.5×10¹ m/s² ④ mg+kv-q d ⑥ 粒子性 (1), (4) 波動性 (2)(3) 268 第V部 原子分子の世界 D-0 ⑤ 光量子波長が 6.0×10mの光子1個のエネルギーと運動量の甘さを求めよ。 ただし, プランク定数を 6.6 × 10734 J's, 光速を3.0×10°m/s とする。 11,26 1/76×10 [C/kg]) に生じる無 Q ⑥ 粒子性と波動性 (1)光電効果 (2) ラウエ斑点 (3) ブラッグの条件 (4) コンプトン効 果は,光やX線の粒子性と波動性のどちらに関係が深いか。 8,16,23,24,25.26 答 ①①発光 ②陰 ③陰極線 ④直進 ⑤ 負 ⑥電界 ⑦比電荷 ⑧電子 ② eV md' =0 ⑦ 物質波速さ 3.0×10°m/sで運動している電子の物質波の波長は何mか。 ただい 電子の質量を9.1×10 -31 kg, プランク定数を6.6 x 10 J's とする。 Na 34 274 u 2.4×10-10m 3.3×10-19 J, 1.1×10-27kg・m/s 例題 93 右図の光 変えて実験 電効果が走 数をn (1) 金属木 (2) 波長 ギーの (3) 波長 UT 上向き 陰極線の粒- 光 eを用 SP 問 (1) 入 〔 が起こ の光子 に相当 (3) 「電 れなく のほ 電子 ネル り、 動エ が小 流は ( 光の粒 E=h_ 光電効 の運動 Ko, 光 仕事関 Ko=

なんで失うとこういう式なるのか分からないのと、電位の向きがP→Cの向きの理由がわかりません

電させる。気 Pa以下の圧 は②極 1) 物体によっ 界によって した。後に、 1-4 + Vの電圧 じる加速 14 て水平に を入れる ただし, の大き 0.26 めよ。 トン効 [26 ただし, 27 陰線の粒子は原子よりはるかに軽いので、原子の構成要素だろうと推測された。 光電効果 右図の光電管装置で, 金属板 Cへの入射光の波長を 変えて実験したところ、m〕 より長い波長の光では光 果が起こらなかっ気量光速を4m/s), ブランク 売 c 数をn's], 電子の電気量を fe[] とする。 (1) 金属板Cの仕事関数 W〔J〕 はいくらか。 の最大値K [J] はいくらか。 [ (2) 波長入[m〕 (入<入) の光を入射させた場合.Cから飛び出す電子の運動エネル (3) 波長の光を当て, PC間の電圧を0Vから少しずつ増加させたところ、電圧 この電圧 V を 入 入.h.c. 題 93 SP 問題文を読み解く。 | (1) [入 〔m〕 より長い波長の光では光電効果 が起こらなかった。｣→「波長入 [m]のとき の光子のエネルギーが, 金属板の仕事関数 に相当する｡｣ (3) 「電圧がVo〔V〕 になったとき, 電流が流 れなくなった。｣→「電子の運動エネルギー のほうが電界のする仕事の大きさよりも大 きい間は電流が流れる。｣ しかし,電界が 電子にする仕事の大きさと, 電子の運動エ ネルギーが等しくな 11/12m -mv² > eVo り,さらに電子の運 動エネルギーのほう が小さくなると,電 流は流れなくなる。 センサー 142] になったとき。 流が流れなくな を用いて表せ。 また,このとき,PとCではどちらの電位が高いか。 光の粒子性と波動性 E=hv, c=và センサー 143 光電効果における, 光電子 の運動エネルギーの最大値 Ko 光子のエネルギーhv, 仕事関数Wの関係式 Ko=huW 11/12m Je -mv² < eV, P 光 PHO wwwwwwww 428429438 SP 関係するグラフや図を思い出す。 光電効果とは, 光が当たると 0 -W 金属 (1) (2) 電子の運動 エネルギー Ko 金属の限界 振動数 vo 直流電源 電子が 飛び出す 「光の振動数 v Wは金属の仕事関数 グラフは、金属から飛び出す電子 の運動エネルギーの最大値を表す。 - (J) 【解答 (1) 光の波長が入。 のときの振動数をvo [Hz] とすると, he W=hvo, c=vo より W=hv= 20 (2) 光の波長が入のときの振動数をv [Hz] とすると. hc (λ₁-2) Ko=hv-W= he he 2 20 220 (3) (2)の運動エネルギーをもった電子が電界から -eV [J] の 仕事をされて運動エネルギーをすべて失うので hc (-A) -eVo=0-Ko= Mo hc (-A) ゆえに, Vo= -(V) edda 電界は、電子にPCの向きに力を及ぼしながら、負の仕事 をしたので, Cのほうが電位が高い。 ⑥ 27 B (例 OF 30 30 粒子性と波動性 269 W (2) (

(5)解説で「⑤式において、θ＝135°にもかかわらずΔλ≒0となるのは〜」とあるのですが、なんでΔλが0に近づくとX線強度が跳ね上がるのですか？ (出典:難問題の系統とその解き方)

(i) 電圧 くなり ・飛び のよう たの) 傾きこん Wo h ら, 例題 コンプトン効果 電子の質量をm, プランク定数をん, 光速をcとして、以下の設問 に答えよ。なお, (1), (2) 以外は解法も簡潔に記すこと。 [A] 1923年, コンプトンは波長入のX線を金属薄膜に照射し、散乱さ れたX線の強度の角度分布を測定した。その結果の一部を模式的 に示したのが図1であり,X線が散乱されてもとの波長より長く なっている成分のあることが観測されている。 コンプトンはこの現象を,X線を粒子と考え、この粒子すなわ 光子と静止している電子との衝突と考えて解明した。 図1(a) X線強度 (X線の散乱角80°) 入 X線波長 図 1 (b) X線強度 (X線の散乱角0=135°) M 入。 入 X線波長 図2 入射光子 (19) O- 散乱光子 (1) O 反跳電子 (0) (1) 光子のエネルギーEと運動量P を,h, c, およびX線の波長入のう ち必要なものを用いて, それぞれ表せ。 (1-cos 0) を導け。 ただし、 (2) 散乱前後の光子の波長をそれぞれ入, 入] とし, 反跳電子の速さをか とし,入射方向に対するそれぞれの散乱角を,図2のように0.④と する。このとき,入射方向とそれに垂直な方向の運動量保存則を それぞれ記し,さらに、エネルギー保存則を記せ。 h (3) 41 (=A₁-A)=- 4 « 1 として、 do mc 近似を用いること｡ (4) 反跳電子の運動エネルギーの最大値T maxをm,hcおよびふを用 いて表せ。 (50=135°の図1(b) では, 波長入。 付近にもピークが見られる。波長の ピークが光子と金属中の電子との散乱によるのなら､山のピーク は光子と何との散乱と考えられるか。 理由も述べよ。 [B] 一方、電子の波動性については, 1924年ド・ブロイが予想し, 1927年デヴィッスンとジャーマーが検証した。 彼らは格子間隔dの 2-1 原子の構造 263

（2）が分かりません。 薄膜の上面、下面の位相がそれぞれπずれることは分かったんですけど何で弱め合うんですか？

→基本問題 214, 215 屈折率1.4のガラスの表面に屈折率1.5の薄膜をつくり,波長6.0×10-7mの単色光 を膜に垂直に入射させて、その反射光の強度を測る。 次の各問に答えよ。 ABCO.Ter War (1) 反射光が強めあう場合の, 最小の膜の厚さはいくらか。 955 x (2) (1)で求めた厚さの薄膜を,屈折率1.6のガラスの表面につけると、膜に垂直に入 CUTIVERE 射させた光の反射光は強めあうか、弱めあうか。

(6)で電圧を上げた場合、グラフが平行移動になる理由がよく分かりません

146. 〈ブラッグ反射と金属からの光の発生> 図1は,真空中で金属単結晶試料に10~100 eV 程度のエネルギーをもつ電子線を照射して、試料 から反射される電子または放射される光を測定す る実験装置である。 装置には, 試料に対して一定 のエネルギーをもった電子線を照射する電子銃, 反射された電子を検出する電子検出器, および放 射された光の強さと波長を測定する分光器が取り 電子 BEY 電子銃 分光器 図 1 金属単結晶 検出器 電子

あってますでしょうか？ 確認お願いしますm(_ _)m

(4) 次の①~④に関係が深いものを下の語群から選びなさい。 ① 光の粒子性 ② 光の波動性 ③ X 線の粒子性 <語群> ラウエの斑点 コンプトン効果 ヤングの実験 ラウエ斑点 ④ X線の波動性 コンプキン効果 光電効果