【物理】

2020年(令和2年) 物理【第6問】

問1

質量数の保存を考えると
\begin{eqnarray}
278 + 1 – 209 &=& 70
\end{eqnarray}
となり、また、原子番号(陽子の数)の保存を考えると
\begin{eqnarray}
113 – 83 &=& 30
\end{eqnarray}
となる。従って ${}^{70}_{30}{\rm Zn}$ となる。

さらに、$\alpha$ 崩壊では、${}^4_2 He$ 原子を放出するために、質量数が4だけ減り、原子番号が2だけ減る。
したがって、
\begin{eqnarray}
(278 – 254)/4 &=& 6
\end{eqnarray}
から、6回の $\alpha$ 崩壊をしたと考えられる。

よって、答えは「8」となる。

問2

${}^4_2 {\rm He}$ は2個の陽子、2個の中性子からなるので、ヘリウム原子核を作る際の質量欠損 $\Delta m$ は
\begin{eqnarray}
\Delta m &=& (2 \times 1.673 \times 10^{- 27} + 2 \times 1.675 \times 10^{-27}) – 6.645 \times 10^{- 27} \\
&=& 0.051 \times 10^{- 27}\ \mbox{\rm [kg]}
\end{eqnarray}
と求まる。

従って、結合エネルギーは
\begin{eqnarray}
\Delta m c^2 &=& 0.051 \times 10^{- 27} \times (3.0 \times 10^8)^2 \\
&=& 4.59 \times 10^{-12}\ \mbox{\rm [J]}
\end{eqnarray}
と求まる。

従って、答えは「5」となる。

問3

$\alpha$ 線はヘリウム原子核であるのでプラスの電荷を持っている。また、$\beta$ 線は電子であるので、負の電荷を持っている。また、質量は $\alpha$ 線に比べて非常に小さい。$\gamma$ 線は電荷も質量も持たない電磁波である。

従って、電場により、$\alpha$ 線は電場と同じ向きに曲がり、$\beta$ 線は電場と逆向きに曲がる。その曲がり方は、$\alpha$ 線は $\beta$ 線より重いので、$\beta$ 線の方が急激に曲がる。$\gamma$ 線は電荷を持たないので、電場の影響を受けない。

従って、答えは「6」となる。

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