🔬物理クイズ問題と解説

力学・電磁気・熱力学・量子論など、物理学に関するクイズです。自然界の法則を発見した偉人たちのエピソードも含みます。全1210問のうち第901〜920問を掲載しています（46ページ目／全61ページ）。

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第901問難易度 ★★☆☆☆
回折格子で測定できるものとして最も適切なのはどれか。
正解：光の波長（スペクトル）
解説：回折格子は多数の細い溝（スリット）が等間隔に並んだ光学素子で、回折と干渉を利用して光を波長成分に分解する。入射角・回折角・格子定数の関係（格子方程式）から波長を精密に測定でき、分光分析に広く使われる。
第902問難易度 ★★★☆☆
超伝導の発見者は誰か、またいつ発見されたか。
正解：ハイケ・カメルリング・オネス、1911年
解説：超伝導は1911年、オランダの物理学者ハイケ・カメルリング・オネスが液体ヘリウムで冷却した水銀の電気抵抗がゼロになることを発見した。この業績でオネスは1913年にノーベル物理学賞を受賞した。
第903問難易度 ★★★☆☆
臨界角（全反射の限界角）の計算に用いる式はどれか（n1>n2の場合）。
正解：sin θc = n2/n1
解説：臨界角θcはスネルの法則から導かれ、sin θc = n2/n1（n1は入射側の屈折率、n2は透過側の屈折率、n1>n2）で表される。例えばガラス（n=1.5）から空気（n=1.0）への場合、θc = arcsin(1/1.5) ≈ 41.8°となる。
第904問難易度 ★★★☆☆
ホログラフィーの記録に必ず必要な光の性質はどれか。
正解：コヒーレント光（可干渉光）であること
解説：ホログラフィーは物体光と参照光の干渉縞を感光材料に記録する技術であり、二つの光が干渉するためには位相関係が一定（コヒーレント）である必要がある。このためレーザー光が必須となる。再生時は白色光でも可能な場合がある（白色光ホログラム）。
第905問難易度 ★★☆☆☆
シリコン太陽電池の発電原理として正しいのはどれか。
正解：p-n接合に光が当たると電子・正孔対が生成し内部電場で分離されて電流が生じる
解説：シリコン太陽電池はp-n接合を利用する。光子がバンドギャップ以上のエネルギーをもつとき電子・正孔対を生成し、接合部の内部電場によって電子はn層へ、正孔はp層へ分離されて外部回路に電流が流れる（光起電力効果）。
第906問難易度 ★★★★☆
フォトニック結晶の特徴として正しいのはどれか。
正解：特定の波長の光を選択的に反射または透過するバンドギャップをもつ
解説：フォトニック結晶は屈折率が周期的に変化する構造体で、電子のバンドギャップに対応する「フォトニックバンドギャップ」をもち、特定波長域の光の伝播を禁止する。光の閉じ込めや光集積回路への応用が研究されている。
第907問難易度 ★★★☆☆
ブラッグ反射（X線回折のブラッグの法則）を表す式はどれか。
正解：nλ = 2d sinθ
解説：ブラッグの法則は nλ = 2d sinθ で表される（nは整数の次数、λはX線波長、dは格子面間隔、θは入射角）。結晶格子面で反射したX線が強め合う条件を示し、X線回折による結晶構造解析の基礎となる。
第908問難易度 ★★☆☆☆
光の偏光を利用した機器として適切でないのはどれか。
正解：蛍光灯
解説：蛍光灯は蛍光体が発する光であり偏光を利用する機器ではない。偏光サングラスは特定方向の偏光を遮断して反射光のまぶしさを軽減し、LCDは偏光フィルターと液晶の組み合わせで表示を制御する。偏光顕微鏡は複屈折材料の観察に使う。
第909問難易度 ★★★☆☆
音の強さのレベル（dB：デシベル）はどのような量か。
正解：基準の音の強さに対する比の常用対数を10倍した値
解説：音の強さのレベルL（dB）は L = 10 log₁₀(I/I₀) で定義される（I₀ = 10⁻¹² W/m² が基準）。対数スケールを用いるため、10 dB増えると音の強さは10倍になる。人間の聴覚の広いダイナミックレンジに対応した表記法である。
第910問難易度 ★★★☆☆
カーボンナノチューブの構造として正しいのはどれか。
正解：グラフェンシートを円筒状に丸めた構造
解説：カーボンナノチューブ（CNT）はグラフェン（一原子層の六員環炭素シート）を円筒状に丸めた構造をもつ。単層（SWCNT）と多層（MWCNT）があり、巻き方（カイラリティ）によって金属的・半導体的性質を示す。極めて高い強度と電気伝導性で注目されている。
第911問難易度 ★★★☆☆
光電効果についての正しい記述はどれか。
正解：光の振動数が仕事関数以上のエネルギーに対応する場合のみ電子が飛び出す
解説：光電効果ではhν（h：プランク定数、ν：振動数）が仕事関数φ以上のとき電子が飛び出す。電子の最大運動エネルギーはhν−φであり、光の強度ではなく振動数（エネルギー）に依存する。アインシュタインは光量子仮説でこれを説明しノーベル賞を受賞した。
第912問難易度 ★★★☆☆
磁性体のキュリー温度（Tc）とはどのような温度か。
正解：強磁性が消えて常磁性になる転移温度
解説：キュリー温度（Tc）は強磁性体が加熱されたとき強磁性から常磁性へ転移する温度である。この温度以上では熱揺らぎが磁気モーメントの秩序配列を破壊する。鉄のTcは約770℃、ニッケルは約358℃、コバルトは約1115℃である。
第913問難易度 ★★☆☆☆
X線が医療以外で利用される分野として適切でないのはどれか。
正解：音楽ホールの音響設計
解説：音楽ホールの音響設計は音波の反射・吸収・回折などを利用する技術であり、X線は関係しない。X線は結晶構造解析、手荷物スキャン、工業用非破壊検査など、高透過性を利用した様々な分野で活躍している。
第914問難易度 ★★☆☆☆
スネルの法則（屈折の法則）を正しく表しているのはどれか。
正解：n1 sinθ1 = n2 sinθ2
解説：スネルの法則は n1 sinθ1 = n2 sinθ2 で表される（n1・n2は各媒質の屈折率、θ1・θ2は法線に対する入射角・屈折角）。屈折率の大きい媒質では光は法線方向に曲がり、小さい媒質では界面方向に広がる。
第915問難易度 ★★★☆☆
反強磁性体の特徴として正しいのはどれか。
正解：隣接する磁気モーメントが逆向きに揃い正味の磁化がゼロ
解説：反強磁性体では隣接する磁気モーメントが反平行（逆向き）に規則的に配列し、正味の磁化がゼロになる。酸化マンガン（MnO）や酸化ニッケル（NiO）がその例であり、ネール温度を超えると常磁性に転移する。
第916問難易度 ★★★☆☆
半導体レーザー（レーザーダイオード）の発光原理として正しいのはどれか。
正解：電流を流すと電子と正孔が再結合し光子を放出する（電界発光）
解説：半導体レーザーはp-n接合に順方向電流を流すと活性層で電子と正孔が再結合し、そのエネルギー差（バンドギャップ）に相当する波長の光子が誘導放出されることで動作する。CD/DVDの読み書きや光通信に広く使われる。
第917問難易度 ★★★★☆
光の可干渉距離（コヒーレンス長）が長いほど何が優れているか。
正解：干渉計測の精度
解説：コヒーレンス長は光源の干渉能力を示す量で、この長さの範囲内では光の位相が一定に保たれ干渉縞を観察できる。レーザーはコヒーレンス長が非常に長く精密な干渉計測（精密測長、光学検査）に適している。
第918問難易度 ★★★☆☆
圧電効果（ピエゾ効果）の説明として正しいのはどれか。
正解：力学的応力を加えると電圧が発生する現象
解説：圧電効果は特定の結晶（水晶・チタン酸バリウムなど）に機械的応力を加えると電圧が発生し（正圧電効果）、逆に電圧を加えると変形する（逆圧電効果）現象である。超音波発生素子・マイク・スピーカー・センサーに利用される。
第919問難易度 ★☆☆☆☆
光の速さ（真空中）はおよそいくらか。
正解：約30万 km/s
解説：真空中の光速はc ≈ 2.998×10⁸ m/s ≈ 約30万 km/sである。これは自然界における速さの上限であり（相対性理論）、電磁波はすべて真空中でこの速さで伝わる。SIの長さの単位「メートル」はこの光速を基に定義されている。
第920問難易度 ★★★★☆
光ファイバーの分散（パルス幅の広がり）を引き起こす要因として適切でないのはどれか。
正解：全反射の臨界角の変化に伴う損失
解説：光ファイバーの分散はモード分散・材料分散・偏波分散などが主な要因である。全反射の臨界角の変化は通常の動作条件では分散の主因にはならない。分散は高速通信でパルスが重なる原因となり、分散補償技術が開発されている。

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回折格子で測定できるものとして最も適切なのはどれか。

超伝導の発見者は誰か、またいつ発見されたか。

臨界角（全反射の限界角）の計算に用いる式はどれか（n1>n2の場合）。

ホログラフィーの記録に必ず必要な光の性質はどれか。

シリコン太陽電池の発電原理として正しいのはどれか。

フォトニック結晶の特徴として正しいのはどれか。

ブラッグ反射（X線回折のブラッグの法則）を表す式はどれか。

光の偏光を利用した機器として適切でないのはどれか。

音の強さのレベル（dB：デシベル）はどのような量か。

カーボンナノチューブの構造として正しいのはどれか。

光電効果についての正しい記述はどれか。

磁性体のキュリー温度（Tc）とはどのような温度か。

X線が医療以外で利用される分野として適切でないのはどれか。

スネルの法則（屈折の法則）を正しく表しているのはどれか。

反強磁性体の特徴として正しいのはどれか。

半導体レーザー（レーザーダイオード）の発光原理として正しいのはどれか。

光の可干渉距離（コヒーレンス長）が長いほど何が優れているか。

圧電効果（ピエゾ効果）の説明として正しいのはどれか。

光の速さ（真空中）はおよそいくらか。

光ファイバーの分散（パルス幅の広がり）を引き起こす要因として適切でないのはどれか。