আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্রের ৮ম অধ্যায়। এখানে ৭৭৬টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
৭৭৬ প্রশ্ন
২য় পত্র
অধ্যায় ৮
পাতা ১৯/৩৯
-
৩৬১
একটি গতিশীল ইলেকট্রনের ভর me হলে নিচের কোনটি সঠিক?
- ক me > 9.11 × 10−31 kg
- খ me < 9.11 × 10−31 kg
- গ me = 9.11 × 10−31 kg
- ঘ me < 9.1 × 10−31 kg
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) me > 9.11 × 10−31 kg
আপেক্ষিক ভর সূত্র অনুযায়ী m = m01−v2c2, যেখানে m0 = স্থির অবস্থায় ভর = 9.11×10−31 kg। গতিশীল অবস্থায় (v ≠ 0) হরের মান সর্বদা 1-এর চেয়ে ছোট হওয়ায় m সবসময় m0-এর চেয়ে বড় হয়। উত্তর ক (me > 9.11×10−31 kg)। -
৩৬২
একটি বস্তু আলোর বেগে ধাবিত হলে তার ভর হবে---
- ক 0
- খ অপরিবর্তিত
- গ ∞
- ঘ কোনোটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) ∞
আপেক্ষিক ভর সূত্র m = m01−v2c2 অনুযায়ী বস্তুর বেগ আলোর বেগের (v = c) সমান হলে হর 1−c2c2 = 0 = 0 হয়, ফলে ভর অসীম (∞) হয়ে যায় — এ কারণেই স্থির ভরবিশিষ্ট কোনো বস্তুকে আলোর বেগে ত্বরান্বিত করা বাস্তবে অসম্ভব। উত্তর গ। -
৩৬৩
ইলেকট্রনের সাথে ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিবর্তনকে বলা হয়---
- ক ডি ব্রগলির তরঙ্গ
- খ কম্পটন প্রভাব
- গ হাইজেনবার্গ অনিশ্চয়তা নীতি
- ঘ কোয়ান্টাম তত্ত্ব
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) কম্পটন প্রভাব
এক্স-রে বা গামা ফোটন মুক্ত ইলেকট্রনের সাথে সংঘর্ষের পর শক্তির কিছু অংশ হারায়, ফলে বিক্ষিপ্ত ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য বেড়ে যায় — একে কম্পটন প্রভাব বলে।
Δλ = hm0c(1 − cosφ), কম্পটন তরঙ্গদৈর্ঘ্য hm0c = 2.43 × 10−12 m।
এটি আলোর কণা ধর্মের সরাসরি প্রমাণ; ফোটনের ভরবেগ p = hλ।
ডি ব্রগলি তরঙ্গ λ = hmv কণার তরঙ্গ ধর্ম বোঝায়, আর হাইজেনবার্গ নীতি ΔxΔp ≥ h4π। -
৩৬৪
একটি নিউট্রনের ভর 1.67 × 10−27 kg এবং এটি 4 × 104 ms−1 বেগে গতিশীল। এর গতিশক্তি কত?
- ক 8.35 eV
- খ 10.35 eV
- গ 6.35 eV
- ঘ 12.35 eV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 8.35 eV
গতিশক্তি KE = ½mv2
= 0.5×1.67×10−27×(4×104)2
= 0.5×1.67×10−27×1.6×109
= 1.336×10−18 J
eV-এ রূপান্তর: 1.336×10−181.6×10−19 = 8.35 eV
উত্তর ক। -
৩৬৫
একটি ফোটনের শক্তি এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একক কোনটি?
- ক MeV ও ms−1
- খ J ও ms
- গ MeV ও m
- ঘ J ও ms−1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) MeV ও m
পারমাণবিক/নিউক্লীয় পদার্থবিজ্ঞানে ফোটনের শক্তি সাধারণত ইলেকট্রন-ভোল্ট এককে (eV বা MeV) এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য দৈর্ঘ্যের একক মিটার (m)-এ প্রকাশ করা হয়। উত্তর গ (MeV ও m)। -
৩৬৬
এক্স-রশ্মি একটি উচ্চ শক্তির চুম্বকক্ষেত্রে চালিত করলে রশ্মিটি ছিটকে পড়বে কোনদিকে?
- ক উত্তর মেরুর দিকে
- খ দক্ষিণ মেরুর দিকে
- গ কোনোদিকেই নয়
- ঘ কোনোটিই ঠিক নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) কোনোদিকেই নয়
এক্স-রশ্মি একটি আধানহীন তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ (উচ্চ-শক্তির ফোটনের স্রোত)। যেহেতু এর কোনো তড়িৎ আধান নেই, চৌম্বক ক্ষেত্র এর গতিপথের উপর কোনো বল প্রয়োগ করতে পারে না, ফলে এটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্য দিয়ে গমনকালে কোনোদিকেই বিক্ষিপ্ত/বিচ্যুত হয় না। উত্তর গ (কোনোদিকেই নয়)। -
৩৬৭
কৃষ্ণ বস্তুর বিকিরণ ব্যাখ্যায় কোন মতবাদ সফল হয়েছিল?
- ক ডি ব্রগলি মতবাদ
- খ হাইজেনবার্গ মতবাদ
- গ কোয়ান্টাম মতবাদ
- ঘ কোনোটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) কোয়ান্টাম মতবাদ
ম্যাক্সওয়েলের ধ্রুপদী তরঙ্গ তত্ত্ব কৃষ্ণ বস্তুর বিকিরণ বক্ররেখা (বিশেষত অতিবেগুনি অঞ্চলে) ব্যাখ্যা করতে ব্যর্থ হয়েছিল ("অতিবেগুনি বিপর্যয়")। ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের প্রস্তাবিত কোয়ান্টাম মতবাদ (শক্তি বিচ্ছিন্ন প্যাকেট বা কোয়ান্টাম আকারে বিকিরিত/শোষিত হয়, E=hν) এই সমস্যার সফল ব্যাখ্যা দিতে সক্ষম হয়েছিল। উত্তর গ। -
৩৬৮
আলোক তড়িৎ ক্রিয়ার সূত্রটি ব্যবহার করে নিচের কোনটি নির্ণয় করা যায়?
- ক বোল্টজম্যান
- খ স্টিফেন বোল্টজম্যান ধ্রুবক
- গ রিডবার্গ ধ্রুবক
- ঘ প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক
আলোক তড়িৎ ক্রিয়ার আইনস্টাইন সমীকরণ hν = W + KEmax থেকে, নিবৃত্তি বিভব (V0) বনাম আপতিত আলোর কম্পাঙ্ক (ν) লেখচিত্র অঙ্কন করলে একটি সরলরেখা পাওয়া যায় যার ঢাল = he। এই ঢাল থেকে পরীক্ষামূলকভাবে প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক (h) নির্ণয় করা যায়। উত্তর ঘ। -
৩৬৯
কোয়ান্টাম তত্ত্বের জনক কে?
- ক ম্যাক্সওয়েল
- খ প্ল্যাঙ্ক
- গ রন্টজেন
- ঘ হাইজেনবার্গ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) প্ল্যাঙ্ক
১৯০০ সালে ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক কৃষ্ণ বস্তুর বিকিরণ ব্যাখ্যা করতে শক্তির কোয়ান্টায়নের ধারণা (শক্তি বিচ্ছিন্ন প্যাকেট/কোয়ান্টাম আকারে বিনিময় হয়) প্রবর্তন করেন, যে কারণে তাকে কোয়ান্টাম তত্ত্বের জনক বলা হয়। উত্তর খ। -
৩৭০
নিচের কোন রশ্মি দ্বারা রঞ্জন রশ্মি উৎপন্ন করা হয় না?
- ক ধনাত্মক
- খ ক্যাথোড
- গ গামা
- ঘ আলফা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) গামা
সাধারণত দ্রুতগতিসম্পন্ন আধানযুক্ত কণা (যেমন ক্যাথোড রশ্মি তথা ইলেকট্রন, ধনাত্মক রশ্মি, আলফা কণা) কোনো ধাতব লক্ষ্যবস্তুতে আঘাত করে হঠাৎ বেগ হ্রাস পেলে (decelerationBremsstrahlung প্রক্রিয়ায়) এক্স/রঞ্জন রশ্মি উৎপন্ন হয়। গামা রশ্মি নিজেই ইতিমধ্যে একটি উচ্চশক্তির আধানহীন তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ — এটি কোনো আধানযুক্ত কণা-স্রোত নয় বলে এই deceleration প্রক্রিয়ায় রঞ্জন রশ্মি উৎপাদনে ব্যবহৃত হয় না। উত্তর গ। -
৩৭১
মহাবিশ্বে ইথারের অস্তিত্ব নেই তা কত সালে প্রমাণিত হয়?
- ক 1977
- খ 1887
- গ 1992
- ঘ 2013
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 1887
১৮৮৭ সালে মাইকেলসন-মোর্লি পরীক্ষার মাধ্যমে প্রমাণিত হয় যে মহাবিশ্বে আলো সঞ্চালনের কাল্পনিক মাধ্যম "ইথার"-এর কোনো অস্তিত্ব নেই — এই ফলাফলই পরবর্তীতে আইনস্টাইনের বিশেষ আপেক্ষিকতা তত্ত্বের ভিত্তি তৈরি করে। উত্তর খ (1887)। -
৩৭২
0.200 nm ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য নিউট্রনের (ভর = 1.675 × 10−27 kg) গতিশক্তি হবে---
- ক 0.204 eV
- খ 0.0204 eV
- গ 2.04 eV
- ঘ 0.00204 eV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 0.0204 eV
ডি ব্রগলি সূত্র থেকে গতিশক্তি: KE = h2(2mλ2)
= (6.626×10−34)2(2×1.675×10−27×(2×10−10)2)
= 4.390×10−67(2×1.675×10−27×4×10−20)
= 4.390×10−671.34×10−46
= 3.276×10−21 J
eV-এ রূপান্তর: 3.276×10−211.6×10−19 = 0.0205 eV
উত্তর খ (0.0204 eV)। -
৩৭৩
0.5 km s−1 বেগে গতিশীল একটি ইলেকট্রনের ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য সমান---
- ক 1.5 × 10−6 m
- খ 1.5 × 10−8 m
- গ 1.5 × 10−10 m
- ঘ 1.5 × 10−12 m
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 1.5 × 10−6 m
ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য: λ = h(mv), v = 0.5 km/s = 500 m/s
λ = 6.626×10−34(9.11×10−31×500)
= 6.626×10−344.555×10−28
= 1.45×10−6 m
উত্তর ক (1.5×10−6 m)। -
৩৭৪
একটি ইলেকট্রন ও একটি ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য সমান হলে তাদের ____ সমান হবে।
- ক শক্তি
- খ বেগ
- গ ভরবেগ
- ঘ কৌণিক ভরবেগ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) ভরবেগ
ডি ব্রগলি সম্পর্ক λ = hp সকল কণা ও ফোটনের জন্য প্রযোজ্য। ইলেকট্রন ও ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য সমান হলে, p = hλ সম্পর্ক অনুযায়ী তাদের ভরবেগও (p) সমান হবে — যদিও তাদের ভর ও বেগ সম্পূর্ণ ভিন্ন প্রকৃতির (ফোটনের নিশ্চল ভর নেই, কিন্তু ভরবেগ p = Ec আছে; ইলেকট্রনের ভরবেগ p = mv)। উত্তর গ (ভরবেগ)। -
৩৭৫
আলোক তড়িৎ ক্রিয়া নিম্নের কোন সূত্রের উপর নির্ভরশীল?
- ক শক্তির নিত্যতা সূত্র
- খ ভরের নিত্যতা সূত্র
- গ রৈখিক ভরবেগ সংরক্ষণ সূত্র
- ঘ কৌণিক ভরবেগ সংরক্ষণ সূত্র
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) শক্তির নিত্যতা সূত্র
আলোক তড়িৎ ক্রিয়ার আইনস্টাইন সমীকরণ hν = W + KEmax মূলত শক্তির নিত্যতা সূত্র (শক্তি সংরক্ষণ সূত্র)-এর প্রয়োগ — আপতিত ফোটনের মোট শক্তি ধাতু থেকে ইলেকট্রন মুক্ত করার কাজ (কার্য অপেক্ষক, W) এবং অবশিষ্ট গতিশক্তি (KEmax)-এ বিভক্ত হয়ে যায়। উত্তর ক (শক্তির নিত্যতা সূত্র)। -
৩৭৬
একটি ইলেকট্রনের গতিশক্তি 3 গুণ হলে এর সঙ্গে সম্পর্কিত ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য কত গুণ হবে?
- ক 13
- খ 3
- গ 13
- ঘ 3
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 13
ভর স্থির থাকলে λ = h2m·KE অর্থাৎ λ ∝ 1KE।
গতিশক্তি তিনগুণ (3×KE) হলে —
λnewλold = KEoldKEnew = 13 = 13
উত্তর গ (13)। -
৩৭৭
ফোটনের দ্বারা সংঘর্ষের পর এক ফটো ইলেকট্রন নিঃসরণের সময় প্রায়---
- ক 10−16 s
- খ 10−1 s
- গ 10−4 s
- ঘ 10−9 s
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 10−9 s
আলোক তড়িৎ ক্রিয়ায় ফোটনের সাথে সংঘর্ষের পরপরই, প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে (প্রায় 10−9 সেকেন্ড বা তার চেয়েও কম সময়ের মধ্যে) ইলেকট্রন নির্গত হয়। এই তাৎক্ষণিকতা আলোর কণা প্রকৃতি (ফোটন তত্ত্ব)-কে সমর্থন করে, কেননা ধ্রুপদী তরঙ্গ তত্ত্ব অনুযায়ী ইলেকট্রন নির্গমনে পর্যাপ্ত শক্তি জমা হতে অনেক বেশি সময় লাগার কথা ছিল। উত্তর ঘ (10−9 s)। -
৩৭৮
25 W ক্ষমতাসম্পন্ন একটি উৎস প্রতি সেকেন্ডে 6000 Å তরঙ্গদৈর্ঘ্যের যে পরিমাণ ফোটন উৎপন্ন করে তার মান---
- ক 7.55 × 1019
- খ 8.25 × 1016
- গ 3.48 × 1017
- ঘ 2.48 × 1014
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 7.55 × 1019
প্রতিটি ফোটনের শক্তি, E = hcλ = (6.626×10−34 × 3×108)(6000×10−10) = 3.313×10−19 J।
প্রতি সেকেন্ডে উৎপন্ন ফোটন সংখ্যা, n = PE = 25(3.313×10−19) = 7.55×1019 টি। -
৩৭৯
যদি λa, λp, λe যথাক্রমে একটি শক্তির α কণা, প্রোটন কণা এবং ইলেকট্রনের ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য হয় তবে---
- ক λe > λp > λa
- খ λp > λe > λa
- গ λa = λp = λe
- ঘ λa > λp > λe
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) λe > λp > λa
একই গতিশক্তির (E) কণার জন্য ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ = h2mE, অর্থাৎ λ ∝ 1m।
α-কণা, প্রোটন ও ইলেকট্রনের ভর যথাক্রমে mα > mp > me (α-কণা সবচেয়ে ভারী, ইলেকট্রন সবচেয়ে হালকা)। সুতরাং ভর যত কম, তরঙ্গদৈর্ঘ্য তত বেশি — অর্থাৎ λe > λp > λa। -
৩৮০
দ্রুতগতিসম্পন্ন ইলেকট্রন কোনো ধাতুকে আঘাত করলে, তা থেকে উচ্চ তীব্রন তাপমাত্রার যে এক প্রকার বিকিরণ উৎপন্ন হয় সেটি নিচের কোনটি?
- ক বিটা রশ্মি
- খ গামা রশ্মি
- গ এক্স রশ্মি
- ঘ আলফা রশ্মি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) এক্স রশ্মি
দ্রুতগতিসম্পন্ন ইলেকট্রন কোনো ভারী ধাতব লক্ষ্যবস্তুতে (target) প্রচণ্ড বেগে আঘাত করে হঠাৎ থেমে গেলে (deceleration) তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ নির্গত হয়, যাকে এক্স-রশ্মি বলে। এটি রন্টজেন আবিষ্কার করেন এবং এটি খুব উচ্চ কম্পাঙ্ক/শক্তির বিকিরণ।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।