真空中において,電子の運動エネルギーが400 eV のときの速さが1.19×10⁷ m/s であった。電子の運動エネルギ…

理論 第12問

真空中において,電子の運動エネルギーが400 eV のときの速さが1.19×10⁷ m/s であった。電子の運動エネルギーが100 eV のときの速さ[m/s]の値として,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし,電子の相対性理論効果は無視するものとする。

第三種電気主任技術者 令和4年度上期 第12問の選択肢の図
正答 (2)
正答は (2)。 【使う関係式】 相対性理論の効果を無視してよい範囲では、電子の運動エネルギーK と速さv の関係は  K = (1 ÷ 2) × m × v の2乗 です。ここでm は電子の質量です。これをv について解くと  v = (2 × K ÷ m) の平方根 となり、速さは運動エネルギーの平方根に比例することが分かります。本問はこの比例関係だけで解けるようにできており、電子の質量や電気素量の値を覚えていなくても答えが出ます。 【比を使った解き方】 運動エネルギーが400eV のときの速さをv1、100eV のときの速さをv2 とすると
解説の続きをみる続きを閉じる
 v2 ÷ v1 = (K2 ÷ K1) の平方根        = (100 ÷ 400) の平方根        = (1 ÷ 4) の平方根        = 1 ÷ 2 すなわち、エネルギーが4分の1になると速さは2分の1になります。題意より v1 = 1.19 × 10の7乗 [m/s] ですから  v2 = 1.19 × 10の7乗 ÷ 2    = 0.595 × 10の7乗    = 5.95 × 10の6乗 [m/s] したがって 5.95 × 10の6乗 m/s を示す (2) が正答です。 【値そのものからの検算】 電気素量を1.602 × 10のマイナス19乗 C、電子の質量を9.109 × 10のマイナス31乗 kg として、100eV を仕事の単位に直すと  K = 100 × 1.602 × 10のマイナス19乗    = 1.602 × 10のマイナス17乗 [J] これを式に入れると  v の2乗 = 2 × 1.602 × 10のマイナス17乗 ÷ 9.109 × 10のマイナス31乗       = 3.517 × 10の13乗  v = 5.93 × 10の6乗 [m/s] 選択肢の 5.95 × 10の6乗 とよく一致します。ついでに400eV のときを計算すると 1.19 × 10の7乗 m/s となり、問題文に与えられた値とも合致しますから、比を用いた計算が正しかったと確認できます。 【注意点】 エネルギーが4分の1だから速さも4分の1、としてしまうと2.98 × 10の6乗 という選択肢に引き込まれます。速さはエネルギーの平方根に比例する、という対応を必ず押さえてください。

出典:令和4年度上期第三種電気主任技術者 理論科目 問12(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ

最終更新日

この回を通しで解く この分野を年度横断で解く

「理論」のほかの問題

  1. 令和4年度下期 第8問次の文章は,交流における波形率,波高率に関する記述である。波形率とは,実効値の[ア]に対
  2. 令和5年度上期 第3問磁気回路における磁気抵抗に関する次の記述のうち,誤っているものを次の(1)~(5)のうち
  3. 令和5年度下期 第14問固有の名称をもつSI 組立単位の記号と,これと同じ内容を表す他の表し方の組合せとして,誤
  4. 令和6年度上期 第12問真空中に置かれた平行電極板間に,直流電圧V [V]を加えて平等電界E [V/m]を作り,
  5. 令和7年度上期 第14問電気及び磁気に関する量とその単位記号(これと同じ内容を表す単位記号を含む。)の組み合わせ
  6. 令和8年度上期 第1問直流電圧1 000 V の電源で充電された静電容量8 μF の平行板コンデンサがある。コ

問題文・解答の修正依頼

スポンサーリンク