【物理】共通テスト2023 第3問を解説してみた - 質問解決D.B.(データベース)

【物理】共通テスト2023 第3問を解説してみた

問題文全文(内容文):
2023年共通テスト第3問を徹底解説!
チャプター:

00:06 問1 解説開始!
06:12 問2 解説開始!
14:54 問3 解説開始!
19:39 問4 解説開始!
24:24 問5 解説開始!

単元: #物理#大学入試過去問(物理)#理科(高校生)
指導講師: 理数個別チャンネル
問題文全文(内容文):
2023年共通テスト第3問を徹底解説!
投稿日:2023.01.16

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図のように、光電管、直流電源、すべり抵抗器、電圧計、電流計を用いて回路をつくり、光電管の陰極P2に波長4.4✕10^(-7)mの光をあてたところ、光電流Iが流れた。次に、抵抗器の接点CをA側に近づけると、Iは減少し、あるところで0となった。このとき、光電管の陽極P1の電位は、陰極P2の電位よりも1.5V低かった。次の各問に答えよ。ただし、電気素量を1.6✕10^(-19)C,プランク定数を6.6✕10^(-34)J・S,真空中の光速を3.0✕10^8m/sとする。
(1) 陰極P2に照射した光の光子1個あたりのエネルギーは何Jか。
(2) 陰極P2から飛び出した電子の運動エネルギーの最大値は何Jか。
(3) 陰極P2の金属の仕事関数は何Jか。
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問題文全文(内容文):
図のように,波長λのX線光子がx軸上を正の向きに進み,原点に静止している質量mの電子によって錯乱された。散乱後,X線光子は,x軸の負の向きに波長λ′となって進み,電子は,x軸の正の向きに速さvで進んだ。プランク定数をh,真空中の光速をcとする。
(1)波長λのⅩ線光子がもつエネルギーと運動量の大きさを,λ,h,cのうち必要な記号を用いてそれぞれ表せ。   
(2)x軸方向について,錯乱の前後での運動量保存の法則の式を表せ。
(3)錯乱の前後でのエネルギー保存の法則の式を示せ。
(4)(2),(3)の式からvを消去し,X線の波長の変化λ′-λを,m,c,hを用いて表せ。ただし,λ′-λはλやλ′に比べて十分に小さいとし,1/λ² + 1/λ'² ≒ 2/λλ'の関係を用いよ。
(5)錯乱X線の波長λ′は入射X線の波長λよりも長くなる。この理由を簡潔に説明せよ。
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