物理

用語集

n型半導体: 純粋な半導体に、価電子が5個の不純物(リンなど)をわずかに混ぜてつくった半導体。電子が電流を運ぶ主な担い手になります。 (非オーム抵抗と半導体の初歩)
p-V図上の面積と仕事: p-V図(縦軸に圧力$p$、横軸に体積$V$をとったグラフ)において、状態変化の経路の下側の面積が、その変化で気体がした仕事の大きさを表します。 (断熱変化とサイクル)
p型半導体: 純粋な半導体に、価電子が3個の不純物(ホウ素など)をわずかに混ぜてつくった半導体。「正孔(ホール)」と呼ばれる、電子が抜けた穴が電流を運ぶ主な担い手になります。 (非オーム抵抗と半導体の初歩)
X線・γ線: 電磁波のうち、波長が特に短い(振動数が特に大きい)もの。物質を透過する力が強く、医療や工業で利用されます。 (電磁波)
エネルギー準位: 原子の中の電子がとることのできる、とびとびのエネルギーの値のことです。 (原子の構造と水素原子模型)
ケプラーの法則: 惑星の運動について成り立つ3つの経験的な法則。第一法則(だ円軌道)、第二法則(面積速度一定)、第三法則(周期の2乗と軌道半径の3乗の比が一定)からなる。 (万有引力とケプラーの法則)
サイクル(循環変化): 気体がいくつかの変化を経て、最終的にもとの状態(圧力・体積・温度がすべて元通り)に戻る一連の変化のことです。熱機関の動作原理を考えるときの基本になります。 (断熱変化とサイクル)
スカラー: 大きさだけをもち、向きをもたない量。時間・質量・エネルギーなどはスカラーです。 (平面内の運動とベクトル)
ソレノイド: 導線を筒状に隙間なく巻いたコイル。 (磁場の基本)
ダイオード: p型半導体とn型半導体を接合してつくった素子。電流を一方向にしか流さない性質(整流作用)をもちます。 (非オーム抵抗と半導体の初歩)
プランク定数: 光子のエネルギーと振動数を結びつける比例定数です。記号 $h$ で表し、$h = 6.6\times10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s}$ という、とても小さい値です。 (光電効果)
フレミングの左手の法則: 電磁力やローレンツ力の向きを求めるための法則。左手の中指を電流(または正電荷の速度)の向き、人差し指を磁場の向きに合わせると、親指の向きが力の向きになります。 (電磁力とローレンツ力)
ベクトル: 大きさと向きの両方をもつ量。矢印で表す。速度・加速度・力などはベクトルです。 (平面内の運動とベクトル)
ボルツマン定数: 気体定数$R$をアボガドロ定数$N_A$で割った定数で、$k = R/N_A \approx 1.38\times10^{-23}\ \mathrm{J/K}$という値になります。分子1個あたりの熱運動のエネルギーと、絶対温度とを結びつける定数です。 (気体分子運動論)
モル比熱: 気体$1\ \mathrm{mol}$の温度を$1\ \mathrm{K}$上げるのに必要な熱量のことです。定積変化のときの値を定積モル比熱$C_V$、定圧変化のときの値を定圧モル比熱$C_P$と呼びます。 (定積変化・定圧変化)
リアクタンス: コイルやコンデンサーが交流の流れをどれだけ妨げるかを表す量。抵抗と同じく単位はオーム($\Omega$)です。 (交流回路)
レンツの法則: 電磁誘導によって生じる誘導電流は、コイルを貫く磁束の変化を妨げる向きに流れるという法則。 (電磁誘導)
ローレンツ力: 磁場の中を運動する荷電粒子(電気を帯びた粒子)が受ける力のこと。 (電磁力とローレンツ力)
位相: 正弦波の式の中で $\sin$ の中に入っている角度の部分、$2\pi\left(\dfrac{t}{T}-\dfrac{x}{\lambda}\right)$ のことです。波のその場所・その時刻が「山」「谷」「0点」のどの状態にあるかを角度で表したものです。 (正弦波の式)
位相: 周期的に変化する量が、1周期の中のどの時点にあるかを表す量。ここでは、電圧と電流の変化のタイミングのずれを表すのに使います。 (交流回路)
位相のずれ(反射による): 光が屈折率の小さい媒質から大きい媒質に向かって反射するとき、反射光の位相が半波長分($\pi$)ずれる現象のことです。屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ反射するときは、このずれは起こりません。 (ヤングの実験・回折格子・薄膜干渉)
運動量: 物体の質量と速度の積で表される、運動の勢いを表す量。ベクトルであり、向きをもつ。 (運動量と力積)
運動量: 物体の運動の激しさを表す量の1つで、質量と速度の積 $p=mv$ で定義されます。 (粒子の波動性(ド・ブロイ波))
運動量保存則: 物体どうしが外部から力を受けない(内部で力をおよぼしあうだけの)とき、衝突や合体の前後で運動量の合計が変化しないという法則。 (運動量保存則と衝突)
遠心力: 円運動している物体と一緒に回転する観測者から見たときに現れる、円の外側を向く慣性力。 (慣性力と遠心力)
可視光線: 電磁波のうち、人間の目で見ることができる波長の範囲のもの。 (電磁波)
回折: 波がすき間や障害物の端を通過するときに、まっすぐ進まずに影の部分にまで回り込んで広がる現象のことです。波長がすき間の幅に対して大きいほど、回折は目立ちます。 (波の干渉と回折)
回折格子: 等間隔に細いすじを多数刻んだ板やガラスのことです。光を通すと、強め合う方向がはっきり決まり、鋭い明線ができます。 (ヤングの実験・回折格子・薄膜干渉)
核分裂: 重い原子核が、中性子を吸収するなどして、2つ以上の軽い原子核に分裂する反応のことです。 (核反応と核エネルギー)
核融合: 軽い原子核どうしが結合して、より重い1つの原子核になる反応のことです。 (核反応と核エネルギー)
角周波数: 交流が1秒間に何ラジアン位相が進むかを表す量。記号は $\omega$ で、周波数 $f$ との間に $\omega = 2\pi f$ の関係があります。 (交流回路)
角振動数: 単振動の変化の速さを表す量。円運動の角速度と同じ次元をもち、記号は $\omega$、単位はrad/s。 (単振動(ばね振り子・単振り子))
角振動数: 単位時間(1秒)あたりに位相がどれだけ進むかを表す量です。$\omega = \dfrac{2\pi}{T}$ で定義され、単位は $\mathrm{rad/s}$ です。 (正弦波の式)
角速度: 単位時間あたりに回転する角度。記号は $\omega$(オメガ)、単位はrad/s(ラジアン毎秒)。 (等速円運動)
完全非弾性衝突: 衝突後に2つの物体が同じ速度になる(くっついて一体となる)衝突(反発係数e=0)。 (運動量保存則と衝突)
干渉: 2つ以上の波が同じ場所で重なり合い、強め合ったり弱め合ったりする現象のことです。 (波の干渉と回折)
慣性系: 静止しているか、一定の速度で動いている観測者から見た立場。ニュートンの運動の法則がそのまま成り立つ。 (慣性力と遠心力)
慣性力: 非慣性系(加速している観測者の立場)で運動を考えるときにだけ現れる、見かけ上の力。 (慣性力と遠心力)
基底状態・励起状態: 電子が最もエネルギーの低い状態(基底状態)にあるか、それより高いエネルギーの状態(励起状態)にあるかを表す言葉です。 (原子の構造と水素原子模型)
気体が外部からされた仕事: 気体が外から押されて体積が縮むときに、外部の力から受け取るエネルギーのことです。記号$W$で表します。気体が圧縮されるときは$W>0$、気体が膨張するときは$W<0$になります。 (熱力学第一法則)
気体定数: 状態方程式に登場する比例定数で、$R = 8.31\ \mathrm{J/(mol\cdot K)}$という値を持ちます。気体の種類によらず、同じ値が使えます。 (状態方程式(ボイル・シャルルの法則))
起電力: 電池などが、電流を流し続けるために電荷にする仕事を、電気量で割ったもの。電池の両端の電位差のもとになる量です。 (直流回路とキルヒホッフの法則)
虚像: 光が実際には集まらず、レンズや鏡を通して見たときに、そこにあるように見えるだけの像のことです。スクリーンには映せません。レンズの公式では $b<0$ に対応します。 (レンズと鏡の像)
屈折角: 境界面に立てた垂線(法線)と、屈折した光がつくる角のことです。 (光の反射・屈折)
屈折率: 真空中の光の速さ $c$ を、ある物質中での光の速さ $v$ で割った値 $n=\dfrac{c}{v}$ のことです。物質中で光がどれだけ曲がりやすいかを表す量です。 (光の反射・屈折)
経路差: 同じ観測点まで届く2つの波が、それぞれの波源からどれだけ違う距離を進んできたかの差のことです。式では $l_1-l_2$ のように表します。 (波の干渉と回折)
結合エネルギー: 原子核をばらばらの陽子・中性子に分けるために必要なエネルギーのことです。質量欠損に等しいエネルギーが、原子核をつくるときに放出されたと考えます。 (原子核の構成と結合エネルギー)
原子番号・質量数: 原子番号 $Z$ は原子核に含まれる陽子の数、質量数 $A$ は陽子と中性子の数の合計のことです。 (原子核の構成と結合エネルギー)
限界振動数: 光電効果が起こるために光が持つべき、最小の振動数のことです。これより振動数が低い光は、どれだけ強くても光電子を出すことができません。 (光電効果)
交流: 時間とともに、向きと大きさが周期的に(たとえば正弦波状に)変化する電流や電圧のこと。 (交流回路)
光子(こうし): 光を粒子として考えたときの1つぶのことです。振動数 $\nu$ の光の光子1個は、エネルギー $h\nu$ を持ちます。 (光電効果)
光路差: 2つの光が実際に進んだ距離の差のことです。屈折率 $n$ の物質中を距離 $t$ だけ進む光は、真空中を $nt$ 進んだのと同じだけ位相が変化するため、この $nt$ を距離として数えます。 (ヤングの実験・回折格子・薄膜干渉)
向心加速度: 円運動している物体に生じる、常に円の中心を向く加速度。 (等速円運動)
向心力: 向心加速度を生じさせるために必要な、円の中心を向く力。 (等速円運動)
剛体: どんな力を加えても変形しない(大きさや形が変わらない)と考える物体のモデル。 (剛体にはたらく力のつり合い)
仕事関数: 金属の表面から電子を1個外へ取り出すために、最低限必要なエネルギーのことです。記号 $W$ で表し、金属の種類によって決まった値を持ちます。 (光電効果)
磁場: 磁石や電流のまわりの空間にできる、他の磁石や電流に力を及ぼすはたらき。向きと大きさをもつベクトル量です。 (磁場の基本)
磁束: ある面を貫く磁場の量を表す量。面の面積 $S$ と、その面に垂直な向きの磁束密度 $B$ の積で表され、単位はウェーバ(Wb)です。 (電磁誘導)
磁束密度: 磁場の強さを表す量の1つ。記号は $B$ で、単位はテスラ(T)です。 (磁場の基本)
自己インダクタンス: 自己誘導の起こりやすさを表す量。記号は $L$ で、単位はヘンリー(H)です。 (自己誘導・相互誘導)
自己誘導: コイルに流れる電流が変化すると、そのコイル自身に、電流の変化を妨げる向きの起電力が生じる現象のこと。 (自己誘導・相互誘導)
質点: 大きさを考えず、1つの点として扱う物体のモデル。物理基礎ではおもにこちらを扱ってきました。 (剛体にはたらく力のつり合い)
質量欠損: 原子核をばらばらの陽子・中性子に分けたときの質量の合計と、実際の原子核の質量との差のことです。 (原子核の構成と結合エネルギー)
実効値: 交流の大きさを表すために使われる値。同じ抵抗に流したときに、直流と同じだけの電力を消費するような直流の値に相当します。 (交流回路)
実像: 実際に光が集まってできる像のことです。スクリーンを置けば映すことができます。レンズの公式では $b>0$ に対応します。 (レンズと鏡の像)
斜方投射: 水平方向に対してある角度をつけて物体を投げ出す運動。 (放物運動)
周期: 円運動が1周するのにかかる時間。 (等速円運動)
重ね合わせの原理: 複数の電荷がつくる電場や電位は、それぞれの電荷が単独でつくる電場(ベクトル)や電位(スカラー)を足し合わせたものになるという考え方。 (電場と電位)
重心: 物体全体にはたらく重力を、1点にはたらく力として置き換えたときの、その作用点。 (力のモーメントと重心)
焦点距離: レンズや鏡に光軸と平行な光を当てたとき、光が集まる(または、集まるように広がって見える)点までの距離のことです。記号 $f$ で表します。 (レンズと鏡の像)
振幅: 振動の中心(つり合いの位置)から最も離れたときの変位の大きさ。記号はA。 (単振動(ばね振り子・単振り子))
水平到達距離: 投げ出した点と同じ高さに落下するまでに、水平方向に進む距離。 (放物運動)
成分: ベクトルをx軸方向・y軸方向などに分解したときの、それぞれの方向の大きさ(符号つき)。 (平面内の運動とベクトル)
静止系: 地面など、動いていないとみなせる場所を基準にした見方。 (相対速度)
静電容量: コンデンサーがどれだけ電荷をたくわえやすいかを表す量。同じ電圧をかけたときに、より多くの電荷をたくわえられるほど静電容量は大きいといえます。単位はファラド(F)です。 (コンデンサー)
節: 定常波の中で、常に変位が0のまま、まったく振動しない点のことです。 (定常波)
絶対温度: $-273\ \mathrm{℃}$を$0\ \mathrm{K}$(ケルビン)とする温度の表し方です。セルシウス温度$t\ [\mathrm{℃}]$との関係は$T = t + 273$で表されます。気体の法則の計算では、必ずこの絶対温度を使います。 (状態方程式(ボイル・シャルルの法則))
全反射: 光が屈折率の大きい(密な)媒質から屈折率の小さい(疎な)媒質へ進むとき、入射角が臨界角より大きいと屈折光が存在しなくなり、光がすべて反射される現象のことです。 (全反射)
相互インダクタンス: 相互誘導の起こりやすさを表す量。記号は $M$ で、単位はヘンリー(H)です。 (自己誘導・相互誘導)
相互誘導: 近くにある2つのコイルの一方(コイル1)に流れる電流が変化すると、もう一方(コイル2)に起電力が生じる現象のこと。 (自己誘導・相互誘導)
相対速度: 観測者(基準にする人や物)から見たときの、対象物の速度。観測者自身も動いている場合に必要になる考え方。 (相対速度)
単原子分子気体: ヘリウムやネオンなど、原子1個がそのまま分子として振る舞う気体のことです。分子内部の振動や回転を考えなくてよいため、内部エネルギーの式が簡単な形になります。 (熱力学第一法則)
単振動: 一定の周期でくり返し、変位が正弦関数(サイン・コサイン)の形で表される振動。 (単振動(ばね振り子・単振り子))
弾性衝突: 衝突の前後で力学的エネルギーが保存される衝突(反発係数e=1)。 (運動量保存則と衝突)
断熱変化: 外部との熱のやり取りが一切ない変化のことです。すばやく行われる変化(急激な圧縮・膨張)では、熱が伝わる時間がないため、近似的に断熱変化とみなせることがよくあります。 (断熱変化とサイクル)
定圧変化: 気体の圧力を一定に保ったまま、体積や温度を変化させる過程のことです。自由に動けるピストンつきの容器を加熱・冷却する場合などがこれにあたります。 (定積変化・定圧変化)
定常状態: 量子条件を満たす特定の軌道を回っている電子が、エネルギーを放出せずに安定して存在できる状態のことです。 (原子の構造と水素原子模型)
定常波(定在波): 同じ振幅・波長・周期を持つ2つの波が、互いに逆向きに進みながら重なり合ってできる波のことです。波の形がその場で振動するだけで、進行方向には進んでいかないように見えます。 (定常波)
定積変化: 気体の体積を一定に保ったまま、圧力や温度を変化させる過程のことです。ピストンを固定した容器を加熱・冷却する場合などがこれにあたります。 (定積変化・定圧変化)
電位: 電場の中のある点に、単位の正電荷(+1C)を置いたときに、その電荷がもつ電気的な位置エネルギー。向きをもたないスカラー量です。 (電場と電位)
電磁波: 電場と磁場が、たがいに直交し、また進行方向にも直交する向きに振動しながら空間を伝わっていく波のこと。 (電磁波)
電磁誘導: コイルを貫く磁束が変化すると、コイルに起電力が生じ、電流が流れる現象のこと。 (電磁誘導)
電磁力: 磁場の中にある、電流が流れている導線が受ける力のこと。 (電磁力とローレンツ力)
電場: 電気を帯びた物体(電荷)のまわりの空間にできる、他の電荷に力を及ぼすはたらき。向きと大きさをもつベクトル量です。 (電場と電位)
電波: 電磁波のうち、波長が特に長い(振動数が特に小さい)もの。放送や通信に利用されます。 (電磁波)
等速円運動: 円周上を一定の速さで回り続ける運動。 (等速円運動)
透磁率: 物質が磁場をどれだけ通しやすいかを表す量。真空の透磁率は $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\,\text{T・m/A}$ です。 (磁場の基本)
動作点: 実際に回路に素子を接続したときに、その素子に流れる電流と、かかる電圧の組み合わせのこと。 (非オーム抵抗と半導体の初歩)
同位体: 原子番号(陽子の数)が同じで、質量数(中性子の数)が異なる原子どうしのことです。 (原子核の構成と結合エネルギー)
内部エネルギー: 気体分子がもつ運動エネルギーの総和のことです。記号$U$で表します。理想気体では、内部エネルギーは温度だけで決まり、圧力や体積がどう変化したかという経路にはよりません。 (熱力学第一法則)
二乗平均: 分子の速さ$v$を1つ1つ2乗してから平均した量のことです。$\overline{v^2}$と書きます。分子の運動方向はばらばらなので、速度をそのまま平均すると打ち消し合ってしまいますが、2乗してから平均すればそのようなことは起こりません。 (気体分子運動論)
入射角: 境界面に立てた垂線(法線)と、入射する光がつくる角のことです。 (光の反射・屈折)
熱運動: 気体の分子が、決まった方向を持たずに絶えず飛び回っている運動のことです。温度が高いほど、この運動は激しくなります。 (気体分子運動論)
熱機関: 高温の熱源から熱を吸収し、その一部を仕事として取り出し、残りを低温の熱源に排出する装置のことです。自動車のエンジンや火力発電所のタービンなどが例です。 (熱機関と熱効率)
熱効率: 熱機関が吸収した熱量$Q_{in}$のうち、どれだけの割合を仕事$W$として取り出せたかを表す量です。記号$e$で表し、$0$から$1$の間の値(または$0\%$から$100\%$)になります。 (熱機関と熱効率)
波数: 単位長さ(1m)あたりに位相がどれだけ変化するかを表す量です。$k = \dfrac{2\pi}{\lambda}$ で定義され、単位は $\mathrm{rad/m}$ です。 (正弦波の式)
半減期: 放射性物質の原子核の数が、もとの半分になるまでにかかる時間のことです。記号 $T$ で表します。 (放射性崩壊と半減期)
半導体: 電気を通しやすい導体と、電気をほとんど通さない絶縁体の中間の性質をもつ物質。ケイ素(Si)やゲルマニウム(Ge)が代表例です。 (非オーム抵抗と半導体の初歩)
反発係数(はねかえり係数): 衝突前の相対速度に対する、衝突後の相対速度の比の大きさ。0以上1以下の値をとり、1なら弾性衝突、0なら完全非弾性衝突。 (運動量保存則と衝突)
非オーム抵抗: 電流と電圧が比例しない(オームの法則が成り立たない)素子のこと。電流-電圧のグラフが原点を通る直線にならないものを指します。 (非オーム抵抗と半導体の初歩)
非慣性系: 加速度をもって動いている観測者から見た立場。ニュートンの運動の法則をそのまま使うには、見かけの力を追加する必要がある。 (慣性力と遠心力)
復元力: つり合いの位置に戻そうとする向きにはたらく力。単振動では、変位に比例した大きさをもつ(フックの法則と同じ形)。 (単振動(ばね振り子・単振り子))
腹: 定常波の中で、振動の振幅が最大(成分波の振幅の2倍、$2A$)になる点のことです。 (定常波)
物質波(ド・ブロイ波): 電子などの粒子が持つとされる、波としての性質のことです。フランスの物理学者ド・ブロイが提唱しました。 (粒子の波動性(ド・ブロイ波))
物質量(モル数): 分子や原子の個数を表す量で、単位は$\mathrm{mol}$です。$1\ \mathrm{mol}$あたりの粒子数はアボガドロ定数$N_A \approx 6.0\times10^{23}\ \mathrm{/mol}$個です。 (状態方程式(ボイル・シャルルの法則))
分岐点(接続点): 回路の中で、導線が3本以上集まっている点。 (直流回路とキルヒホッフの法則)
閉回路(ループ): 回路の中で、導線をたどっていくと出発点に戻ってくる、一周した経路のこと。 (直流回路とキルヒホッフの法則)
変圧器: 相互誘導を利用して、交流電圧の大きさを変える装置。 (自己誘導・相互誘導)
放射性崩壊: 不安定な原子核が、放射線を出しながらより安定な別の原子核に変わる現象のことです。 (放射性崩壊と半減期)
法線: 境界面に垂直に立てた仮想の線のことです。入射角・反射角・屈折角は、すべてこの法線を基準にして測ります。 (光の反射・屈折)
万有引力: 質量をもつすべての物体の間に、互いに引き合う向きにはたらく力。 (万有引力とケプラーの法則)
万有引力定数: 万有引力の法則に登場する比例定数。記号はG、値はおよそ $6.67\times10^{-11}$ N·m²/kg²。 (万有引力とケプラーの法則)
誘電率: 物質が電場にどれだけ反応しやすいかを表す量。真空の誘電率は $\varepsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12}\,\text{F/m}$ です。 (コンデンサー)
陽子・中性子: 原子核をつくっている2種類の粒子です。陽子は正の電気を持ち、中性子は電気を持ちません。どちらもほぼ同じ質量を持ちます。 (原子核の構成と結合エネルギー)
量子条件: 電子が原子核のまわりを回るとき、電子の軌道が波として1周でつながる(定常波になる)ものだけが許されるという条件のことです。 (原子の構造と水素原子模型)
力のモーメント: 物体を回転させようとするはたらきの大きさ。次のセクションで詳しく学びます。 (剛体にはたらく力のつり合い)
力のモーメント: 物体をある点のまわりに回転させようとするはたらきの大きさ。単位はN・m。 (力のモーメントと重心)
力積: 力の大きさと、その力がはたらいた時間の積。物体の運動量を変化させるはたらきをもつ。 (運動量と力積)
臨界角: 屈折角がちょうど $90°$ になるときの入射角のことです。記号 $\theta_c$ で表します。入射角がこれより大きくなると、屈折光がなくなり全反射が起こります。 (全反射)
腕の長さ: 回転の中心(支点)から、力の作用線(力の向きに引いた直線)までの垂直距離。 (力のモーメントと重心)
α崩壊・β崩壊・γ崩壊: 放射性崩壊の種類です。α崩壊はヘリウム原子核を放出する崩壊、β崩壊は電子を放出する崩壊、γ崩壊は電磁波(γ線)を放出する崩壊です。 (放射性崩壊と半減期)