🔬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921〜940問を掲載しています（47ページ目／全61ページ）。

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第921問難易度 ★★★☆☆
超音波を用いた流量計の動作原理はどれか。
正解：流体の流れによる超音波の伝搬時間の差（またはドップラーシフト）を測定する
解説：超音波流量計は流れに沿った方向と逆方向に超音波を伝搬させ、その伝搬時間の差や反射超音波のドップラーシフトを計測することで流速・流量を求める。非接触・非侵襲で計測でき、大口径配管や医療血流計測に使われる。
第922問難易度 ★★★★☆
強誘電体の特徴として正しいのはどれか。
正解：外部電場なしで自発分極をもつ
解説：強誘電体（チタン酸バリウムBaTiO₃など）は外部電場なしで自発分極をもち、電場を反転させると分極の向きが変わるヒステリシスを示す。超音波素子・メモリ素子（FeRAM）・コンデンサへの応用がある。
第923問難易度 ★★★☆☆
半導体のp-n接合で生じる空乏層とはどのような領域か。
正解：キャリアが少なく電場が形成された絶縁的な領域
解説：p-n接合ではn型の電子とp型の正孔が界面付近で再結合してキャリアが消滅し、固定イオンが残った「空乏層」が形成される。空乏層には内部電場（ビルトイン電場）が生じ、これがダイオードの整流作用の基礎となる。
第924問難易度 ★★★☆☆
単色光が二重スリットを通過した後のスクリーン上の明線間隔を広げるにはどうすればよいか。
正解：スリット間隔を狭める
解説：二重スリット実験での明線間隔Δy = λL/d（λ：波長、L：スクリーンまでの距離、d：スリット間隔）。スリット間隔dを小さくするか、波長λを大きくするか、スクリーン距離Lを大きくすると明線間隔は広がる。
第925問難易度 ★★★☆☆
固体の熱伝導率が液体や気体より一般的に大きい理由はどれか。
正解：固体は原子間隔が密で格子振動（フォノン）や自由電子が熱を効率よく伝えるから
解説：固体では原子が規則正しく配列し、熱振動（フォノン）が格子を通じて効率よく伝わる。また金属では自由電子も熱伝導に大きく寄与する。これに対し気体や液体は原子間距離が大きく熱伝導率が低い（断熱材として利用）。
第926問難易度 ★★★☆☆
量子ドットの特徴として正しいのはどれか。
正解：ナノサイズの半導体結晶でサイズによって発光波長が変わる
解説：量子ドットは直径2〜10 nm程度のナノ半導体結晶で、量子閉じ込め効果によりサイズが小さいほどバンドギャップが広がって短波長（青色）の光を発する。液晶TVのQD-LED（量子ドット）ディスプレイや医療蛍光マーカーに応用されている。
第927問難易度 ★★☆☆☆
音波の反射を利用したソナー（SONAR）の主な用途はどれか。
正解：水中の物体（潜水艦・魚群・海底地形）を探知する
解説：ソナー（Sound Navigation And Ranging）は水中に超音波パルスを発射し、海底や物体からの反射波（エコー）が戻る時間と強度を計測して距離や形状を推定する。潜水艦探知・魚群探知機・海底地形図作成に使われる。
第928問難易度 ★★★☆☆
エレクトロルミネセンス（EL）とはどのような現象か。
正解：電流を流すと物質が発光する現象
解説：エレクトロルミネセンスは電場や電流を加えることで物質が発光する現象である。有機EL（OLED）はこの原理を利用した発光素子であり、薄く軽量・高コントラスト・広色域のディスプレイや照明として普及している。
第929問難易度 ★★★★☆
フェリ磁性体の説明として正しいのはどれか。
正解：異なる大きさの逆向き磁気モーメントが部分的に相殺され正味の磁化が残る
解説：フェリ磁性体では二種類の副格子に異なる磁気モーメントが逆向きに配列するが、モーメントの大きさが異なるため完全に相殺されず正味の磁化が残る。フェライト（Fe₃O₄など）が代表例で、強磁性体と似た性質を示す。
第930問難易度 ★★☆☆☆
X線CTスキャンの原理として正しいのはどれか。
正解：様々な角度からX線を照射し各方向の透過データからコンピューターが断面画像を再構成する
解説：X線CTは多数の方向からX線を照射して透過データを収集し、フィルタ逆投影法などのコンピューター演算で体の断面画像（トモグラフィー）を再構成する。従来の二次元X線写真と異なり立体的な内部構造が把握できる。
第931問難易度 ★★★☆☆
光の散乱のうち、波長の4乗に反比例する散乱はどれか。
正解：レイリー散乱
解説：レイリー散乱は光の波長λの4乗に反比例する（強度∝1/λ⁴）。青空が青く見えるのは、太陽光が大気中の気体分子でレイリー散乱を起こすとき波長の短い青色光が最も強く散乱されるためである。
第932問難易度 ★★★★☆
バイオセンサーにおける表面プラズモン共鳴（SPR）の主な用途はどれか。
正解：タンパク質分子間の相互作用をリアルタイムで検出する
解説：表面プラズモン共鳴は金属薄膜表面に生じる表面プラズモンの共鳴を利用し、金属表面近傍の屈折率変化を検出する手法である。抗体と抗原、タンパク質と薬物などの分子間結合をリアルタイムかつ高感度で計測でき、創薬研究に活用されている。
第933問難易度 ★★★☆☆
音響インピーダンスとはどのような物理量か。
正解：音速と媒質密度の積
解説：音響インピーダンスZ = ρv（ρ：媒質密度、v：音速）で定義される量である。二つの媒質の音響インピーダンスが異なるとき、その界面で音の反射・透過が生じる。超音波検査でゼリーを塗るのは皮膚と空気のインピーダンス差を低減するためである。
第934問難易度 ★★★★☆
PETスキャン（陽電子放射断層撮影）の原理として正しいのはどれか。
正解：陽電子（β⁺）放出核種を体内に投与し、電子との対消滅で生じる2本のγ線を検出して画像化する
解説：PETはⁱ⁸F-FDGなどのβ⁺放出核種を投与し、体内で陽電子が電子と対消滅して生じる正反対方向に飛ぶ511 keVの2本のγ線を検出器リングで同時計数（coincidence detection）することで代謝活性の三次元分布を画像化する。
第935問難易度 ★★★☆☆
室温超伝導材料の実現が難しい理由として最も適切なのはどれか。
正解：臨界温度が液体ヘリウムや液体窒素温度以下の物質しか見つかっていないから
解説：従来の超伝導体は非常に低温（液体He温度～4 K程度）でしか超伝導状態にならず、高温超伝導体（銅酸化物系）でも液体窒素温度（77 K）付近が限界であった。室温超伝導は理論的に禁止されておらず研究が続いているが、2024年時点でも安定した室温超伝導体は確認されていない。
第936問難易度 ★★★★☆
フォノンとはどのような概念か。
正解：結晶格子の振動を量子化した準粒子
解説：フォノンは固体結晶の格子振動を量子力学的に扱う際の準粒子（量子）である。電子のフォノン散乱が金属の電気抵抗に寄与し、フォノンが熱エネルギーを伝える主要メカニズムとなる。超伝導の従来理論（BCS理論）では電子-フォノン相互作用が対電子形成に重要である。
第937問難易度 ★★☆☆☆
磁気テープや磁気ディスクにデータを記録する際に利用される磁性の性質はどれか。
正解：強磁性体が外部磁場を取り除いてもある程度の磁化を保持する残留磁化
解説：磁気記録は強磁性体の残留磁化（ヒステリシス特性）を利用する。磁気ヘッドで局所領域を磁化し、磁場を取り除いた後も磁化方向が保持されることでビット（0/1）を記録する。保磁力の大きな材料ほど記録が消えにくい。
第938問難易度 ★★★★☆
干渉計（マイケルソン干渉計など）の応用として重力波検出が行われているが、その原理はどれか。
正解：重力波が通過すると空間の伸び縮みが生じ、二つの腕の光路長差が変化することを干渉縞の変化で検出する
解説：LIGO等の重力波望遠鏡はマイケルソン干渉計の原理を使い、直交する2本のアームに強いレーザー光を往復させる。重力波が通過すると時空間が歪み2つのアームの光路長がわずかに変化し、再合成した光の干渉縞の変化（10⁻¹⁸m以下の変化）を検出する。
第939問難易度 ★★★★☆
液晶の種類のうち「ネマティック液晶」の特徴として正しいのはどれか。
正解：分子の長軸が同じ方向に揃っているが位置秩序はない
解説：ネマティック液晶では分子の長軸が特定の方向（ダイレクター）に揃っているが、位置秩序はなくランダムに分布している。TFT液晶ディスプレイではTN（ツイステッドネマティック）やIPS型にネマティック液晶が使われる。
第940問難易度 ★★★☆☆
半導体のpn接合において「逆バイアスを大きくすると突然大電流が流れる現象（ブレークダウン）」はどれか。
正解：ツェナー効果（ツェナー降伏）または雪崩降伏（アバランシェ降伏）
解説：p-n接合に逆バイアスをかけ続けると、ツェナー効果（強電場によるトンネル電流）または雪崩降伏（キャリアの衝突イオン化の連鎖）によって急激に大電流が流れる（ブレークダウン）。ツェナーダイオードはこの現象を定電圧制御に利用する。

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超音波を用いた流量計の動作原理はどれか。

強誘電体の特徴として正しいのはどれか。

半導体のp-n接合で生じる空乏層とはどのような領域か。

単色光が二重スリットを通過した後のスクリーン上の明線間隔を広げるにはどうすればよいか。

固体の熱伝導率が液体や気体より一般的に大きい理由はどれか。

量子ドットの特徴として正しいのはどれか。

音波の反射を利用したソナー（SONAR）の主な用途はどれか。

エレクトロルミネセンス（EL）とはどのような現象か。

フェリ磁性体の説明として正しいのはどれか。

X線CTスキャンの原理として正しいのはどれか。

光の散乱のうち、波長の4乗に反比例する散乱はどれか。

バイオセンサーにおける表面プラズモン共鳴（SPR）の主な用途はどれか。

音響インピーダンスとはどのような物理量か。

PETスキャン（陽電子放射断層撮影）の原理として正しいのはどれか。

室温超伝導材料の実現が難しい理由として最も適切なのはどれか。

フォノンとはどのような概念か。

磁気テープや磁気ディスクにデータを記録する際に利用される磁性の性質はどれか。

干渉計（マイケルソン干渉計など）の応用として重力波検出が行われているが、その原理はどれか。

液晶の種類のうち「ネマティック液晶」の特徴として正しいのはどれか。

半導体のpn接合において「逆バイアスを大きくすると突然大電流が流れる現象（ブレークダウン）」はどれか。