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 ২৩/৩৯
-
৪৪১
বোসন কণা কোন বলের ক্ষেত্রে ক্ষেত্রকণা হিসেবে কাজ করে?
- ক মহাকর্ষ বল
- খ তাড়িত চৌম্বক বল
- গ সবল নিউক্লীয় বল
- ঘ দুর্বল নিউক্লীয় বল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) দুর্বল নিউক্লীয় বল
চারটি মৌলিক বলের ক্ষেত্র কণা: মহাকর্ষ—গ্র্যাভিটন, তড়িৎচৌম্বক—ফোটন, সবল নিউক্লীয়—গ্লুয়ন, দুর্বল নিউক্লীয়—W ও Z বোসন।
এখানে 'বোসন' নামের কণা (W ও Z বোসন) নির্দিষ্টভাবে দুর্বল নিউক্লীয় বলের ক্ষেত্র কণা হিসেবে কাজ করে, যা বিটা ক্ষয়ের মতো প্রক্রিয়ায় দায়ী। -
৪৪২
কোনো কণার মোট শক্তি নিশ্চলাবস্থার শক্তির দ্বিগুণ হলে কণাটির বেগ---
- ক c2
- খ 3c4
- গ (32)c
- ঘ 2c3
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) (32)c
মোট শক্তি E = নিশ্চল শক্তির দ্বিগুণ, অর্থাৎ E = 2E0 = 2m0c2।
E = m0c21 − v2c2 = γm0c2 হওয়ায় γ = 2।
11 − v2c2 = 2 ⟹ 1 − v2c2 = 14 ⟹ v2c2 = 34 ⟹ v = (32)c। -
৪৪৩
ফোটনের শক্তি (E) বনাম কম্পাঙ্কের (ν) লেখচিত্র---
- ক উৎসবিন্দু থেকে ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
- খ ঊর্ধ্বমুখী বক্ররেখা
- গ অনুভূমিক সরলরেখা
- ঘ নিম্নমুখী বক্ররেখা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) উৎসবিন্দু থেকে ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
প্ল্যাঙ্কের সমীকরণ অনুসারে ফোটনের শক্তি E = hν।
এটি একটি সরল সমানুপাতিক সম্পর্ক, যেখানে h (প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক) ধ্রুব ঢাল হিসেবে কাজ করে।
তাই E বনাম ν লেখচিত্র মূলবিন্দু (উৎসবিন্দু) দিয়ে যাওয়া একটি ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা। -
৪৪৪
আপতিত আলোর কম্পাঙ্ক স্থির হলে ফটোতড়িৎ প্রবাহমাত্রা বনাম আলোর তীব্রতা অনুসারে কোন লেখচিত্রটি সঠিক?
- ক বক্ররেখা হয়ে সর্বোচ্চ মানে পৌঁছায়
- খ উৎসবিন্দু থেকে ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
- গ ঊর্ধ্বমুখী বক্ররেখা
- ঘ অনুভূমিক সরলরেখা
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) উৎসবিন্দু থেকে ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা
আপতিত আলোর কম্পাঙ্ক (ν > ν0) স্থির রেখে তীব্রতা বাড়ালে একক সময়ে আপতিত ফোটনের সংখ্যা বাড়ে, ফলে নির্গত ফটোইলেকট্রনের সংখ্যাও সমানুপাতিক হারে বাড়ে (প্রতিটি ফোটন একটি করে ইলেকট্রন নির্গত করে)।
যেহেতু ফটোতড়িৎ প্রবাহ ∝ নির্গত ইলেকট্রনের সংখ্যা, তাই প্রবাহমাত্রা তীব্রতার সমানুপাতিক — অর্থাৎ উৎসবিন্দু থেকে ঊর্ধ্বমুখী সরলরেখা। -
৪৪৫
একজন নভোচারীর নিকট 10 m দৈর্ঘ্যের একটি দণ্ড 9.29 m অপেক্ষা কম মনে হলো। তার নভোযানের বেগের ক্ষেত্রে নিচের কোনটি সঠিক ?
- ক V = 0.37 C
- খ V < 0.37 C
- গ V > 0.37 C
- ঘ V ≤ 0.37 C
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) V > 0.37 C
L = L0√(1 - v2c2); L = 9.29 m হলে v2c2 = 1 - (9.2910)2 = 1 - 0.863 = 0.137 ⇒ v = 0.37c
দৈর্ঘ্য 9.29 m-এর চেয়েও কম দেখাতে হলে বেগ আরও বেশি হতে হবে: v > 0.37c -
৪৪৬
ফটোইলেকট্রনের গতিশক্তি বৃদ্ধি পায় আপতিত বিকিরণের কোনটি বৃদ্ধি পেলে?
- ক কম্পাঙ্ক
- খ তীব্রতা
- গ ভর
- ঘ বেগ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) কম্পাঙ্ক
আইনস্টাইনের সমীকরণ KEmax = hν − W অনুযায়ী ফটোইলেকট্রনের সর্বোচ্চ গতিশক্তি সরাসরি আপতিত বিকিরণের কম্পাঙ্কের উপর নির্ভরশীল — কম্পাঙ্ক বাড়লে KEmax সমানুপাতিক হারে বাড়ে।
তীব্রতা বাড়ালে শুধু নির্গত ইলেকট্রনের সংখ্যা (তথা প্রবাহ) বাড়ে, কিন্তু প্রতিটি ইলেকট্রনের সর্বোচ্চ গতিশক্তির কোনো পরিবর্তন হয় না। -
৪৪৭
⚠️[যাচাই দরকার] ইলেকট্রনটির গতিশক্তি কত?
- ক 5.454 × 10−14 J
- খ 54.54 × 10−14 J
- গ 5.454 × 10−13 J
- ঘ 54.54 × 10−13 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 5.454 × 10−14 J
⚠️ এই প্রশ্নটা যাচাই দরকার -- কারণ: স্টেম শুধু "ইলেকট্রনটির গতিশক্তি কত?" -- কোনো তথ্য (ভর/বেগ/বিভব/তরঙ্গদৈর্ঘ্য) নিজের স্টেমে নেই, raw XML চেক করে আগে-পরে কোনো প্রাসঙ্গিক ডেটাও পাওয়া যায়নি (আগের প্রশ্ন Q152 সম্পূর্ণ ভিন্ন তাত্ত্বিক প্রশ্ন, কোনো সংখ্যাসূচক ডেটা নেই)। সোর্স ডেটা গ্যাপ (সম্ভবত আগের কোনো উদ্দীপক/প্রশ্নের সাথে যুক্ত ছিল যা docx conversion-এ হারিয়ে গেছে)। -
৪৪৮
নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কের আলো আপতিত হলে নিচের কোন ধাতু থেকে সর্বাপেক্ষা কম শক্তির ইলেকট্রন নির্গত হবে ?
- ক পটাশিয়াম
- খ অ্যালুমিনিয়াম
- গ সোডিয়াম
- ঘ সিজিয়াম
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) অ্যালুমিনিয়াম
Kmax = hf - W0 — নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কে যে ধাতুর কার্যাপেক্ষক সবচেয়ে বেশি, তা থেকে সবচেয়ে কম শক্তির ইলেকট্রন নির্গত হয়। কার্যাপেক্ষক: Cs ≈ 2.1 eV, K ≈ 2.3 eV, Na ≈ 2.3 eV, Al ≈ 4.1 eV। তাই অ্যালুমিনিয়াম। -
৪৪৯
একটি ধাতুর কার্য অপেক্ষক 1.5 × 10−23 J এবং আপতিত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য 570 nm হলে নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তি কত?
- ক 3.48 × 10−19 J
- খ 10 × 10−19 J
- গ 11.27 × 10−20 J
- ঘ (এই অপশনের লেখা docx-এ ছিল না)
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 3.48 × 10−19 J
আপতিত ফোটনের শক্তি E = hcλ = (6.626×10−34 × 3×108)(570×10−9) = 1.9878×10−255.7×10−7 ≈ 3.487×10−19 J।
আইনস্টাইনের সমীকরণ: KEmax = E − W = 3.487×10−19 − 1.5×10−23 J।
যেহেতু W = 1.5×10−23 J, ফোটনের শক্তির তুলনায় প্রায় নগণ্য (প্রায় ১০০০০ গুণ ছোট), তাই KEmax ≈ 3.487×10−19 J ≈ 3.48×10−19 J। -
৪৫০
হোলোগ্রাফি সৃষ্টিতে কোন রশ্মি ব্যবহৃত হয়?
- ক এক্স রশ্মি
- খ গামা রশ্মি
- গ ক্যাথোড রশ্মি
- ঘ লেজার রশ্মি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) লেজার রশ্মি
হোলোগ্রাফি হলো ত্রিমাত্রিক প্রতিবিম্ব ধারণ ও পুনর্গঠনের পদ্ধতি, এতে লেজার রশ্মি ব্যবহৃত হয়।
লেজার আলো একবর্ণী, সুসংগত (coherent), সমদশা ও অত্যন্ত সমান্তরাল, এই সুসংগততার জন্যই বস্তু-রশ্মি ও প্রসঙ্গ-রশ্মির ব্যতিচার নকশা ফিল্মে ধরে রাখা যায়।
লেজার উদ্দীপিত বিকিরণের মাধ্যমে তৈরি হয়, কাজ করে জনসংখ্যার ব্যতিক্রম (population inversion) নীতিতে।
লেজারের অন্য ব্যবহার: অপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ, চক্ষু ও সার্জারি, বারকোড রিডার। -
৪৫১
কোন মৌলিক বলের কারণে নিউট্রিনো ও বিটা কণা নির্গত হয়?
- ক দুর্বল নিউক্লীয় বল
- খ মহাকর্ষ বল
- গ তড়িৎচৌম্বকীয় বল
- ঘ সবল নিউক্লীয় বল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) দুর্বল নিউক্লীয় বল
বিটা ক্ষয়ে (β-decay) একটি নিউট্রন প্রোটনে রূপান্তরিত হয়ে একটি ইলেকট্রন (বিটা কণা) ও একটি প্রতি-নিউট্রিনো নির্গত করে (অথবা এর বিপরীত প্রক্রিয়া)।
এই প্রক্রিয়াটি দুর্বল নিউক্লীয় বলের (weak nuclear force) মাধ্যমে সংঘটিত হয়, যার বাহক কণা W ও Z বোসন। -
৪৫২
কোনো কণার গতিশক্তি এর স্থিরাবস্থায় শক্তির দ্বিগুণ। সেক্ষেত্রে কণাটির গতিশীল ভর স্থির ভরের---
- ক দুই গুণ
- খ তিন গুণ
- গ চার গুণ
- ঘ নয় গুণ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) তিন গুণ
গতিশক্তি KE = 2E0 = 2m0c2। মোট শক্তি E = E0 + KE = m0c2 + 2m0c2 = 3m0c2।
E = γm0c2 হওয়ায় γ = 3।
আপেক্ষিক (গতিশীল) ভর m = γm0 = 3m0। অর্থাৎ গতিশীল ভর স্থির ভরের তিন গুণ। -
৪৫৩
9 × 10−15 J গতিশক্তিসম্পন্ন একটি ইলেকট্রনের ভর কত kg?
- ক 9.2 × 10−31
- খ 9.5 × 10−31
- গ 9.8 × 10−31
- ঘ 10.1 × 10−31
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 10.1 × 10−31
ইলেকট্রনের নিশ্চল শক্তি E0 = m0c2 = 9.11×10−31 × (3×108)2 = 8.199×10−14 J।
মোট শক্তি E = E0 + KE = 8.199×10−14 + 9×10−15 = 9.099×10−14 J।
আপেক্ষিক ভর m = Ec2 = 9.099×10−14(9×1016) ≈ 1.011×10−30 kg = 10.1×10−31 kg। -
৪৫৪
একটি প্রোটন ও ইলেকট্রনের ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য সমান হলে---
- ক প্রোটনের গতিশক্তি বেশি
- খ ইলেকট্রনের গতিশক্তি বেশি
- গ উভয়ের গতিশক্তি সমান
- ঘ উভয়ের গতিশক্তি অসীম
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ইলেকট্রনের গতিশক্তি বেশি
ডি-ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ = hp, তাই সমান λ মানে উভয়ের ভরবেগ p সমান।
গতিশক্তি KE = p2(2m)। যেহেতু ভরবেগ p একই কিন্তু ইলেকট্রনের ভর প্রোটনের ভরের তুলনায় অনেক (প্রায় 1836 গুণ) কম, তাই KE ∝ 1m অনুসারে ইলেকট্রনের গতিশক্তি প্রোটনের গতিশক্তির চেয়ে অনেক বেশি হবে। -
৪৫৫
আলোক তড়িৎ ক্রিয়া আলোর কোন ধর্ম ব্যাখ্যা করে?
- ক কণা ধর্ম
- খ তরঙ্গ ধর্ম
- গ বিকিরণ ধর্ম
- ঘ কোনোটিই নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) কণা ধর্ম
আলোক তড়িৎ ক্রিয়া ব্যাখ্যা করতে আইনস্টাইন প্রস্তাব করেন যে আলো পৃথক পৃথক শক্তি প্যাকেট বা ফোটন (কণা) হিসেবে ধাতুর ইলেকট্রনের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয় এবং তাৎক্ষণিকভাবে সম্পূর্ণ শক্তি স্থানান্তর করে।
এই ঘটনা আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায় না (যেমন সূচন কম্পাঙ্কের অস্তিত্ব বা তাৎক্ষণিক নির্গমন), তাই আলোক তড়িৎ ক্রিয়া আলোর কণা ধর্ম (particle nature) প্রমাণ করে। -
৪৫৬
কোয়ান্টাম তত্ত্ব কোন বিজ্ঞানী আবিষ্কার করেন?
- ক টমাস ইয়ং
- খ আর্নেস্ট রাদারফোর্ড
- গ ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক
- ঘ আলবার্ট আইনস্টাইন
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক
1900 সালে ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক কৃষ্ণবস্তুর বিকিরণ ব্যাখ্যা করতে কোয়ান্টাম তত্ত্ব প্রবর্তন করেন — শক্তি নিরবচ্ছিন্নভাবে নয়, hν-এর গুণিতকে (কোয়ান্টাম) বিকিরিত বা শোষিত হয়।
E = nhν, h = 6.63 × 10−34 Js
আইনস্টাইন 1905 সালে এই ধারণা দিয়ে ফটোতড়িৎ ক্রিয়া ব্যাখ্যা করেন (ফোটন), রাদারফোর্ড নিউক্লিয়াস আবিষ্কার করেন, টমাস ইয়ং আলোর ব্যতিচার দেখান। -
৪৫৭
প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক (Planck's constant) প্রায়------
- ক 6.63×10−34 JS
- খ 6.63×10−34 JS−1
- গ 6.63×10−11 JS−1
- ঘ 6.63×10−11 JS
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 6.63×10−34 JS
প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক h = 6.63 × 10−34 Js (জুল-সেকেন্ড), মাত্রা ML2T−1 — কৌণিক ভরবেগের মাত্রার সমান।
E = hν, p = hλ, ħ = h2π = 1.05 × 10−34 Js
ফটোতড়িৎ সমীকরণ (12)mv2max = hν − W0 থেকে h নির্ণয় করা যায়। -
৪৫৮
কোনো বস্তুর বেগ আলোর বেগের সমান হলে এর ভর কত হবে?
- ক শূন্য
- খ অসীম
- গ কোনটিই নয়
- ঘ স্থির
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) অসীম
আপেক্ষিক ভর m = m01 − v2c2; v = c হলে হর 1 − 1 = 0, তাই m → অসীম।
এজন্য ভরযুক্ত কোনো বস্তু আলোর বেগ অর্জন করতে পারে না — অসীম শক্তি লাগবে।
v ≪ c হলে m ≈ m0; ফোটনের স্থির ভর শূন্য বলে তা c বেগে চলে। একইভাবে দৈর্ঘ্য সংকোচন L = L01 − v2c2 ও কাল দীর্ঘায়ন t = t01 − v2c2। -
৪৫৯
নিম্নের কোনটি ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমীকরণ?
- ক λ = hp
- খ λ = h(cp)
- গ λ = hc
- ঘ λ = ph
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) λ = hp
ডি ব্রগলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ = hp = hmv — চলমান প্রতিটি কণার সাথে বস্তুতরঙ্গ যুক্ত।
V বিভবে ত্বরিত ইলেকট্রনের জন্য λ = h2meV = 12.27V Å; গতিশক্তি E হলে λ = h2mE
ডেভিসন-জার্মার পরীক্ষায় ইলেকট্রনের অপবর্তন দেখে বস্তুতরঙ্গের প্রমাণ মেলে; ভর বেশি হলে λ এত ক্ষুদ্র যে বড় বস্তুতে তরঙ্গ ধর্ম দেখা যায় না। -
৪৬০
4 kg ভরের একটি বস্তু সম্পূর্ণরূপে শক্তিতে রূপান্তরিত হলে শক্তির পরিমাণ হবে___
- ক 3.6×1015 J
- খ 3.6×1016 J
- গ 3.6×1017 J
- ঘ 3.6×1018 J
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) 3.6×1017 J
এখানে, m = 4 kg, c = 3 × 108 ms−1
E = mc2 = 4 × (3 × 108)2 = 3.6 × 1017 J
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।