構造物理化学I (20171017) M: 以下は宮本のコメント
17s2002: 
光は波であり粒子でもあるが, 波で証明できないもの, 粒子で証明できないものが存在するということは, 波とも粒子とも言えないのではないだろうか. M: ``どちらでもない何物か'' なのか ``どちらでもある何物か'' なのか, を考えると夜も眠れなくなる? // 17s2034 参照

17s2003: 
原子スペクトルを詳しく解析することがなぜ電子構造を解明する主要なステップになるのか? M: 教科書 p.14 で, そのすぐ直前に書いてあることが, 理解できないのだろうか?

17s2004*: 
水素のスペクトルについて講義の中では水素ガスを放電管に入れていたが, その水素の同位体である 〜重水素に変えた場合どうなるか? M: 重水素発見の歴史を調べてみればいいのでは? // 章末問題 5.44-5.47 も参照

17s2005: 
授業のコンプトン効果について, 元の光子の波長より長波長になった光子が無限回繰り返して電子と衝突すると仮定すると波長はどうなるのか. M: 自分で考えて分からないのはナゼか?

17s2006: 
見えない紫外線などの存在をどうやって見つけたのでしょうか? M: 可視ではなくても, 物質と何らかの相互作用をすることで, その存在が知れる. って, 想像困難なことか?

17s2007: 
電子の運動エネルギーは照射光の強度には無関係とありましたが, 電子の放出量は照射光の強度によって変化はするのでしょうか. M: 光電効果の実験結果の 5 番目の項目として話したのだが, 伝わっていなくて残念. (;_;)

17s2008: 
光が波であり粒子であるなら, 粒子が波に見えるときもあるのですか? M: 教科書をあと一頁めくれば分かったのでは? // 予習していない??

17s2009: 
原子には固有の発光スペクトルをもっていることは習うが, 元素の色 (振動数) には法則性はあるのか. M: 暗記学習の弊害? // まずはボーア理論を理解することから.

17s2010: 
光電効果の説明で, もし光が波だと考えたときに, 振動数が小さいものをずっとあてるとエネルギーがたまり電子が飛び出すはずと説明していましたが, なぜ波ならそのようなことが可能なのですか. M: 粒子なら, そういうことはありえない. しかし波ならあってもよい. 例えば共振によって揺れはじめるところとか.

17s2011: 
スペクトルの輝線の振動数の式に出てくる $ n$ は何の $ n$ ですか. M: 自然数なのだが, バルマーやリュードベリが実験式を考えたときには, その意味はわからなかった. しかし, 離散的な実験結果を表す式に自然数が登場するなんて, なんて不思議なんだ! この自然数の意味は, ボーアの理論によって明らかにされた.

17s2012: 
物質の温度を上げ続けると, いつか物質は目に見えなくなるのですか? M: どうしてそう考えたのか?

17s2013: 
なぜ紫外線を金属表面に照射すると電子が放出されるのか. M: 電子にエネルギーが与えられたためとしか考えられない. で, エネルギーの元は紫外線しかありえない. // という論理のどこが理解できないのか?

17s2014: 
光以外に (光なら粒子性と波動性のように) 考え方を時と場合に応じて変えなければいけないものは存在しますか? M: 17s2008 参照

17s2015: 
光電効果で使用されている (説明で用いた) 装置で, 一般的に使われる金属は どのような物質ですか. M: 光電効果の実験では, 光照射される金属の種類を変えることも肝なので, ``一般的な'' ものは無いのでは?

17s2016: 
KE$ = h \nu - \phi$ と $ \varepsilon = n h \nu$ は, なぜ全く違う実験からプランク定数が同じであるとわかったんですか? M: 微妙に誤解している予感. どちらもプランク定数であれば, 同じ値なのは当たり前だが, 当時はまだ ``プランク定数'' という概念がなかったと思われる. 二つの定数が同じかどうかは, 実験データから値を求めて比べればわかる. 教科書 p.13 の記述 ``何か'' については, 量子力学・量子化学を勉強すればわかるのでは?

17s2017: 
光電効果で電子の運動エネルギーと光の振動数に直線関係があるとありましたが, しきい振動数よりも高い振動数の光であれば運動エネルギーはどこまでも大きくなるのですか. 上限はないのですか. また光電効果によって放出された電子の分は補われるのですか. M: 運動エネルギーの上限について, 自分で考えて分からないのはナゼか? // ``補われる'' とは, 何の話か?

17s2018: 
10 ページのところにヘルツは裏づけをする実験をしていたとあるが, 紫外線を照射する実験がなぜ裏づけにつながるのか. M: 金属表面に紫外線を照射することが, マクスウェルの理論を裏付けることになるとは言っていない. セレンディピティの話しでは? // 読書感想文(仮) のネタか?

17s2019: 
しきい振動数 $ \DS \nu_0$ より大きい $ \nu$ を満たす可視光線では光電効果は起こりますか? それとも全ての $ \DS \nu_0$ が $ \nu \lambda = c$ により $ \lambda$ が紫外線の範囲になりますか. M: 光電効果の式 (教科書 (1.6) 式) で考えて分からないのはナゼか?

17s2020: 
電子の運動エネルギーと光の振動数には直線の関係があるが 鉄〓[〓は金へんに網のつくり][原文ママ]のように金属が混ざったもので行った場合 どのようなグラフになりますか. M: 教科書 (1.6) 式の中の仕事関数 $ \phi$ の意味を考えればわかるのでは?

17s2021: 
プランク定数のように違う分野から全く同じ値がでてくることはよくあることなのでしょうか. M: 統計を取ったことがないので, 私は知りません. // アボガドロ定数などは, 同様だったのでは?

17s2022: 
コンプトン効果の説明の際に, 「光の強度」という話がでてきましたが, 強度は数値としてどのように示すことができるのですか? M: 何かの勘違いでは? 光電効果では光の強度の話が出たが? // 20171010 の 17s2006, 16s2039 参照

17s2023: 
光電効果ではしきい振動数が原子に固有に存在するとのことでしたが, やはり, 不安定な (エネルギーの高い) 電子を持つ原子番号の大きい原子ほど振動数が多くないといけないのでしょうか. それとも, 電気陰性度が関係するのでしょうか. しきい振動数がどのように変化するか知りたいです. M: 式 (1.6) は, 本質的にどういう意味か? 光電効果で, 光を照射する金属表面を構成する原子数が 1 個という極限・極端な状況を考えると? その時の反応式を考えてみればわかるのでは? // 実測値は調べればありそう.

17s2024: 
しきい振動数は金属の種類に特有とありましたが, しきい振動数が高い金属と低い金属とでは どのように金属の性質が異なるのですか? M: 17s2023 参照

17s2025: 
光が波か粒子なのかはっきりと解明されることは決して無いということなのでしょうか? M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 17s2002 参照

17s2026: 
コンプトン効果における X 線について, レントゲンのことに触れていましたが, もし人体にも電子が在中していると仮定した場合, X 線を長時間連続してあて続けたり, 短時間であってもその量や強さが大きければ被爆[原文ママ]するなどの害が生じると考えられるのでしょうか? また, 他にも $ \alpha$ 線や $ \beta$ 線などがありますが 人体やその他の物質に対して与える影響について, どのような違いがありますか? M: 本気ですか? 人体を構成している物質・分子中に電子は無いのか? 高エネルギーの放射線が人体に有害なのは, なぜなのだろうか?

17s2027: 
光電効果により光を波と考えるのでは説明できないという考え方が広まったとあるが, そもそも波は空気などの媒質を必要としているが, 太陽からくる光は空気のない宇宙空間を通って地球に届くわけですから, 光が波ではないことは古典物理学からでも分かることだと思うんですけど, どうなんでしょうか? M: 正気か? 光が波でないならば, 屈折・回折・干渉といった現象を, どう説明するのか? // 17s2031 参照

17s2028: 
「光は粒子かつ波である」とのことですが 粒子が媒質を持つ, という解釈をすると矛盾しているように思えますが, この「光は粒子かつ波である」という理論は矛盾していないとなぜ言えるのでしょうか? M: ``粒子が媒質を持つ'' が意味不明. // 17s2002 参照

17s2029: 
今では光は波と粒子の両方の性質をもつとされているが, このことを証明するときに難点などはあったのですか. M: 古典的には波と粒子は全く違うものなのに, 両方の性質を持つとは, どういうことか?

17s2031: 
これまでの説明, 実験結果から 光が粒子性を持つという考えもありだなと納得がいきます. しかし, そうであるから, いったいなにが質量をもっているのでしょう? 波という現象を起こすための媒体である空気の質量なのでしょうか? まだ, 答えが出てないことがらだと思うので, 先生の (論理に元づいた[原文ママ]) 予想でお願いします. あと, [以下省略] M: 電磁気学を勉強すればわかるのでは?

16s2032: 
水素原子におけるバルマーの式が紹介されていましたが, 他の原子も同様の手法で式を導出できますか? M: 一般には多電子原子なので, スペクトルは複雑で, 簡単な式では表せない. 教科書 8 章や参考書を参照.

17s2033: 
プランクの法則と光電効果の式についてですが 同じ定数が出てきたからには 何か関係があると思うのですが どんな関係があるのでしょうか. M: 17s2016 参照

17s2034: 
光が波でも粒子でもないとなり, 新しい分類をつくろうとはならなかったのか. M: え? それが ``量子'' でしょ? // 17s2002 参照

17s2035: 
量子力学の発達により, 光は昔, 波と考えられていが[原文ママ]現在では粒子でもあるという考え方が出てきているが, いろいろな物理現象の中で, 光が波でも粒子でも説明ができるものがあるのか. M: そもそもニュートンの時代には, 光が直進するところから, 粒子とも (波長の非常に短い) 波とも考えることができた. 科学史的に常識.

17s2036: 
発光スペクトルの法則はどのような意図をもって発見されたのでしょうか. M: 規則性の発見・原因の追究と, 普通の考え方では?

17s2037: 
光電効果は紫外線を金属表面に当てていますが, 可視光線でも電子は放出されるのですか? M: 式 (1.6) を見て, 自分で考えて分からないの?

17s2038: 
光子を粒子として考えると, 電子や他の粒子と衝突した時, エネルギーを失って減速しそうに思います. 光速は, 常に一定のまま変化しないというのは「粒子・波の両方の性質をもつ」という特徴と関係があるのでしょうか? M: 電磁波の伝播する速度が空間の誘電率によって決まってしまうのは, マクスウェル方程式の教えるところなので, 両方というよりは波の性質で決まっている.

17s2039: 
原子スペクトルでは観測しにくい, またはできない原子は存在するのでしょうか. M: 寿命が非常に短い放射性同位体なんかは, 難しそうですネ.

17s2040: 
知的こうきしんを満たすために倫理をおなざり[原文ママ]にしてもいいのですか? M: 倫理の答えは, 自分の心に聞くものでは?

17s2041: 
虹は水滴をプリズムとして太陽光を当てることにより見ることができると思っていましたが, ある時刻にできた 1 つの虹を異なる場所で同時に見ると見え方は変わりますか. (例えばある所では 7 色あったが, 別の所では 6　色だったなど) M: 例について, 本気ですか? // 空にかかる虹の見える原理をちゃんと理解すればいいのでは? あなたが見た虹と同時刻に別な場所で友人が見た虹は, 本当に同一の虹 (を別の角度から見たもの) なのか?

17s2042*: 
現在学んでいる量子力学等は身近な生活の中で感じることはできるのでしょうか? M: 自分で探してみればいいのでは?

17s2043: 
なぜ元素は色のある光を発するのか. どのように発しているのか. M: そもそも ``色'' とは何か? 色の違いとは何か?

17s2044+: 
なぜしきい振動数より弱い振動数では光電効果は起こらないのか? M: 振動数に強弱という言い方は不適切なのでは? // 17s2023 参照

17s2045: 
バルマーの式の 8.2202 という数字はどこから導き出されたのですか. M: バルマーに聞けばいいのでは? :-p // 図1.6 を見て考えれば明らかでは?

17s2046: 
光の波動性と粒子性を同時に可視化するには どうしたらいいのか? M: 可視光なら, いつでも見えているのでは :-p

17s2047: 
光の強度や振動数はどのように変えて, どのように計測するんですか? M: 白色光源から特定の色の光を取り出すには? // 太陽の明るさは変わらなくても, 天候によって地表付近の明るさは変化するが? // 17s2022 のコメントも参照. // 自分で調べる努力を, どれだけしたのか?

17s2048: 
授業で関数を表す文字として $ \rho$ が出てきましたが, $ \rho$ である必要はありますか. M: 別に. // しかし ``郷に入っては郷に従え'' とも言う.

17s2049: 
コンプトン効果の解説において, 光は, 波長に反比例するエネルギーを持つ粒子であるとわかりましたが, この実験の中で, 電子と衝突して $ \theta$ の角度をもってとんでいった X 線の波長は元と同じであるのはなぜですか? 電子と衝突しているのなら, 電子に運動エネルギーを与え光子自身はエネルギーを失い, 波長が大きくなるのではないのでしょうか? M: 散乱 (衝突) には, 弾性的なものと非弾性的なものの両者がある.

17s2050: 
質問の仕方によっては正しい答えを返さない, というように聞こえたのですが, それならば質問する意味はあるのですか? M: 質問カードは ``質問の仕方の練習'' が第一義で, だから質問の内容が評価の対象なのだ. 初めにそういった説明をしたし, 質問することの重要性も説明した. 講義のサポート web ページにも詳しく書いたとも言ったのだが, 伝わっていなくて残念. // どんな質問にも, 必ず, どこかの誰かがあらかじめ答を用意してくれていると期待するのは, 間違っている. // しかしもちろん, 私には, わざと正しくない事を書くつもりはない.

17s2051: 
人類はこれまでに自然に存在しない元素をいくつかつくりだしてきたが, 用途や有用性はあるのでしょうか. M: 人類の知識の増進や自然に対する理解の深化に貢献するという用途・有用性がある. Nh のときにも話題になった. 少数だが良心的な記事にはちゃんと書かれていた. 理研のプレスリリースでも漁ればいいのでは?

17s2052: 
放射線元素[原文ママ]の線スペクトルは発見されていますか? また, ネオンサインのように応用は可能だと思いますか? M: 私は知りません. 調べてわかったら, 教えてくださいネ. // どんな応用が可能か, 自分で考えてみればいいのでは?

16s2002: 
二重スリット実験というものがありますが, 観測した場合と, しなかった場合で結果が変わるのは, まさに光の波動と粒子の二重性から起こることなのでしょうか. M: ``光子の裁判'' を読んではいかがか.

16s2007: 
金属には特有の値, しきい振動数をもつということでしたが, この値はどのようにして決められたのでしょうか. 何か法則があるのでしょうか. M: 17s2023 参照

16s2009: 
シュレーディンガー方程式によって電子や原子が表されるようになって量子力学が発展していったが, さらに小さい領域でも量子力学は通じるのか. M: 素粒子物理学を勉強してみれば分かるのでは?

16s2014: 
水素原子のスペクトルの測定の実験でバルマー等の学者は皆同じ方法 (黒板で示された実験方法) で輝線を測定したのか. その場合可視領域以外はどのように見つけられたのか. M: 私は知りません. そもそも黒板で示した図は ``概念図'' ですので.

16s2022: 
重水素を入れて光のスペクトルを測定した場合, 光の波長は変わるのですか. M: 17s2004 参照

16s2026: 
水素原子のスペクトルが波長の違いを色の違いで比較することができるが, それ以外にスペクトルが物理学の発展に寄与する発見をもたらしたのか. M: 分光学的スペクトルは原子・分子について調べる非常に有力な手段のひとつ.

16s2028: 
ビリヤードのように押し出すということは 大きさや質量は適当に存在するのか. M: ``押し出す'' という感覚がよくわからない. // エネルギーと運動量という保存量については説明した.

16s2035: 
水素放電管を満たすのが, 重水素である場合, 水素に比べて変化はあるか? M: 17s2004 参照

16s2037: 
スペクトルは波長でも説明できるのに, なぜ波長の逆数を「波数」とし, 使用するのですか. M: 波動力学や分光学では波数の方が都合がよい. 勉強してみてはいかがか.

16s2039: 
水素のかわりに重水素を用いても, 水素と同じようなスペクトルが得られるのか. M: 17s2004 参照

16s2043: 
光電効果について 紫外線を金属表面に照射すると電子を放出するとありますがなぜ紫外線のみ表記されているのですか. 他の放射線ではいけないのですか. M: 17s2037 も参照 // 別な理由で電子が放出される場合, 光電効果と一緒に議論するのは適切か?

16s2044: 
水素分子やヘリウム原子のような多電子原子に対応するリュードベリ式のように波数を求めることができる式はあるのか. M: 17s2032 参照

16s2048: 
水素原子以外のスペクトルも観測されているとあったが, 周期表の同族にあるもの同士で類似性が生まれるのでしょうか. M: 調べたことがないので, 私は知りません. 調べてわかったら, 教えてくださいネ. // 17s2032 参照

16s2049: 
バルマーの式などにより, 水素原子のスペクトルについて表されているが, 他原子についてはどうなのか? また, バルマーの式と類似している点はあるのか? M: 17s2032 参照

16s2052: 
水素原子の発光スペクトルの紫外部や赤外部はどのようにして観測したのでしょうか. M: 17s2006 参照

15s3005: 
水素はイオン化しても体積は変化しないが 古典力学・量子力学ではそのようなことはありえるのか. M: 意味不明. 論理的思考力に弱点がある?? // 前段で体積が変化しないという事実を述べている形式になっている. もし事実がそうであるなら, その事実に反する結果を与える物理理論に価値はない. 実際にはそれらの物理理論は充分に成功しているのだから...... // しかしもちろんこれらの物理理論は完璧ではないので, 説明できない実験事実が発見される可能性はあるだろう. 前段の体積がそれだとは限らないが. // ところで, 前段で提示されている事項は, 正しいのか?

15s3007: 
光電効果で X 線を物質に当てたとき電子が飛び出さないものと考えた場合 $ \DS E = \frac{h c}{\lambda}$ や $ \DS p = \frac{h}{\lambda}$ の式はどうなるのだろう. M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // それらの式は電子に依存する関係式か?

15s3014: 
しきい振動数は周期表でてらし合わせると法則がありますか. M: 17s2023 参照

15s3025: 
コンプトン効果はレントゲンに利用されているようですが, 光電効果は, 普段の生活で何に利用されることが多いのですか. M: 誤解の予感 // 調べたことがないので何が多いのか知らない.

15s3028: 
KE$ = h \nu - \phi$ で $ \phi$ は関数なのに加減算してもよいのか? M: 正気か? 関数 $ f(x) = x$ と $ g(x) = x^2$ の線形結合 $ a f(x) + b g(x) = a x + b x^2$ をとることが, 禁止されている理由は?

15s3039: 
光電効果において光を波と考えて説明することはどうしてもできないことなのですか. M: 自分でやってみればいいのでは?

15s3041: 
「光の強度を変えると電子数が変化する」という部分より, 光を粒子として, 光の強度は, 光の量に比例すると考えることはできますか? M: ひとつの事実だけを説明できても, それまで説明できていたその他の事実を説明できなくなってしまうのでは, ダメ. 17s2027 参照

15s3046: 
なぜ輻射強度は電場の振幅の 2 乗に比例するのか. M: 物理学の基礎を復習すれば分かるのでは?


rmiya, 2018-01-22