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 ৫/৩৯
-
৮১
আপেক্ষিক গতিশক্তির সঠিক রাশি কোনটি?
- ক K = (γ − 1)m₀c²
- খ K = 12m₀v²
- গ K = γm₀c²
- ঘ K = m₀c²
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) K = (γ − 1)m₀c²
মোট শক্তি γm₀c² থেকে স্থিতি শক্তি m₀c² বাদ দিলে
K = (γ − 1)m₀c²
v ≪ c হলে এটি 12m₀v² এ রূপ নেয়। -
৮২
আপেক্ষিক গতিশক্তির রাশি থেকে নিউটনীয় রূপ কখন পাওয়া যায়?
- ক v = c হলে
- খ v > c হলে
- গ কখনোই নয়
- ঘ v ≪ c হলে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) v ≪ c হলে
v ≪ c হলে দ্বিপদী বিস্তারে γ ≈ 1 + v²2c²
বসালে K ≈ 12m₀v² — অর্থাৎ নিউটনীয় সূত্রটি আপেক্ষিক সূত্রের একটি বিশেষ ক্ষেত্র। -
৮৩
উচ্চ বেগে নিউটনীয় গতিশক্তির সূত্র ব্যবহার করলে কী হয়?
- ক প্রকৃত মানের চেয়ে কম ফল আসে
- খ প্রকৃত মানের চেয়ে বেশি ফল আসে
- গ সঠিক ফলই আসে
- ঘ ঋণাত্মক ফল আসে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) প্রকৃত মানের চেয়ে কম ফল আসে
বেগ c-এর কাছে গেলে প্রকৃত গতিশক্তি (γ − 1)m₀c² দ্রুত বাড়তে থাকে, কিন্তু 12m₀v² এর একটি ঊর্ধ্বসীমা আছে।
তাই নিউটনীয় সূত্র কম মান দেয় — বেগ যত বেশি, ত্রুটি তত বড়। -
৮৪
একটি বস্তুকে অসীম শক্তি দিলেও তার বেগ কী হবে?
- ক c-এর সমান হবে
- খ c-এর বেশি হবে
- গ c-এর কাছাকাছি যাবে কিন্তু সমান হবে না
- ঘ শূন্য থাকবে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) c-এর কাছাকাছি যাবে কিন্তু সমান হবে না
শক্তি বাড়ালে γ বাড়ে, কিন্তু v কেবল c-এর দিকে এগোয়, স্পর্শ করে না।
কণা ত্বরকে ঠিক এটাই দেখা যায় — শক্তি বহুগুণ বাড়ালেও বেগ 0.999c, 0.9999c এভাবেই এগোয়। -
৮৫
আপেক্ষিক ভর ও শক্তির সম্পর্ক কোনটি?
- ক E = m ÷ c²
- খ E = mc
- গ E = 12mc²
- ঘ E = mc²
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) E = mc²
যেকোনো মুহূর্তে বস্তুর মোট শক্তি E = mc² = γm₀c²।
অর্থাৎ ভর ও শক্তি আলাদা কিছু নয় — একই জিনিসের দুই রূপ। -
৮৬
ভর-শক্তি সমতা নীতি কী বলে?
- ক ভর ও শক্তি সম্পূর্ণ আলাদা
- খ ভর ও শক্তি পরস্পর রূপান্তরযোগ্য, একই জিনিসের দুই রূপ
- গ ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয় না
- ঘ শক্তি সবসময় ভরের চেয়ে বেশি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) ভর ও শক্তি পরস্পর রূপান্তরযোগ্য, একই জিনিসের দুই রূপ
আইনস্টাইন দেখান ভর ও শক্তি পরস্পর রূপান্তরযোগ্য। অতি সামান্য ভরও বিশাল শক্তি দেয়, কারণ c² একটি বিরাট সংখ্যা।
এ কারণেই ভরের নিত্যতা ও শক্তির নিত্যতা আলাদা নয় — একটিই সূত্র: ভর-শক্তির নিত্যতা। -
৮৭
কোনো বস্তুর স্থিতি শক্তি (rest energy) কী?
- ক E₀ = γm₀c²
- খ E₀ = m₀c²
- গ E₀ = 12m₀c²
- ঘ E₀ = m₀c
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) E₀ = m₀c²
বস্তু স্থির থাকলেও তার ভেতরে শক্তি লুকিয়ে থাকে: E₀ = m₀c²।
এটিই ভর-শক্তি সমতার সবচেয়ে চমকপ্রদ দিক — গতি না থাকলেও শক্তি আছে। নিউক্লিয় বিক্রিয়ায় এই শক্তিরই কিছু অংশ মুক্ত হয়। -
৮৮
গতিশীল বস্তুর মোট শক্তি কোনটি?
- ক E = m₀c²
- খ E = (γ − 1)m₀c²
- গ E = γm₀c²
- ঘ E = 12m₀v²
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) E = γm₀c²
মোট শক্তি = স্থিতি শক্তি + গতিশক্তি
E = γm₀c² = m₀c² + K
তাই K = (γ − 1)m₀c²। -
৮৯
ফোটনের ভরবেগ কীভাবে প্রকাশ করা হয়?
- ক p = Ec = hλ
- খ p = Ec
- গ p = m₀c
- ঘ p = hλ
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) p = Ec = hλ
ফোটনের স্থির ভর শূন্য, তাই E = pc এবং
p = Ec = hfc = hλ
এই ভরবেগ থাকার কারণেই আলো বিকিরণ চাপ সৃষ্টি করে। -
৯০
নিউক্লিয় বিক্রিয়ায় "ভর ত্রুটি" (mass defect) বলতে কী বোঝায়?
- ক ভর মাপার যন্ত্রের ত্রুটি
- খ বিক্রিয়ার আগে ও পরে মোট স্থির ভরের পার্থক্য, যা শক্তিতে রূপান্তরিত হয়
- গ নিউক্লিয়াসের আয়তনের পার্থক্য
- ঘ বিক্রিয়ায় হারিয়ে যাওয়া আধান
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) বিক্রিয়ার আগে ও পরে মোট স্থির ভরের পার্থক্য, যা শক্তিতে রূপান্তরিত হয়
নিউক্লিয়াসের ভর তার উপাদান নিউক্লিয়নের মোট ভরের চেয়ে কম; এই ঘাটতিই ভর ত্রুটি Δm।
এই ভরই E = Δmc² অনুযায়ী বন্ধন শক্তি হিসেবে মুক্ত হয়েছে — এটিই নিউক্লিয়াসকে বেঁধে রাখে। -
৯১
সূর্যের শক্তির উৎস কী?
- ক রাসায়নিক দহন
- খ নিউক্লিয় বিভাজন
- গ মহাকর্ষীয় সংকোচন মাত্র
- ঘ নিউক্লিয় সংযোজন, যেখানে ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) নিউক্লিয় সংযোজন, যেখানে ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়
সূর্যের কেন্দ্রে হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াস জোড়া লেগে হিলিয়াম তৈরি হয় (নিউক্লিয় সংযোজন) এবং সামান্য ভর E = mc² অনুযায়ী শক্তিতে রূপ নেয়।
সূর্য প্রতি সেকেন্ডে প্রায় ৪০ লক্ষ টন ভর হারায়, তবু তার ভরের তুলনায় তা নগণ্য। -
৯২
1 u ভরের সমতুল্য শক্তি কত?
- ক 931 eV
- খ 931 MeV
- গ 931 keV
- ঘ 931 GeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 931 MeV
1 u = 1.66 × 10⁻²⁷ kg, একে c² দিয়ে গুণ করে eV-তে রূপান্তর করলে পাওয়া যায় 931 MeV (আরও নির্দিষ্টভাবে 931.5 MeV)।
নিউক্লিয় হিসাবে ভর ত্রুটিকে সরাসরি 931 দিয়ে গুণ করলেই MeV এককে শক্তি পাওয়া যায়। -
৯৩
রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ভর ত্রুটি ধরা পড়ে না কেন?
- ক রাসায়নিক বিক্রিয়ায় শক্তি মুক্ত হয় না
- খ রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ভর বেড়ে যায়
- গ ভর-শক্তি সমতা রাসায়নিক বিক্রিয়ায় খাটে না
- ঘ মুক্ত শক্তি এত কম যে সংশ্লিষ্ট ভরের পরিবর্তন মাপার অযোগ্য
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) মুক্ত শক্তি এত কম যে সংশ্লিষ্ট ভরের পরিবর্তন মাপার অযোগ্য
Δm = ΔEc² — c² বিশাল হওয়ায় রাসায়নিক বিক্রিয়ার কয়েক eV শক্তির জন্য ভরের পরিবর্তন প্রায় 10⁻¹⁰ ভাগ।
এত ক্ষুদ্র পরিবর্তন কোনো তুলাযন্ত্রে ধরা পড়ে না। নিউক্লিয় বিক্রিয়ায় শক্তি লক্ষ গুণ বেশি বলে সেখানে তা স্পষ্ট। -
৯৪
পদার্থ ও প্রতিপদার্থের বিলয়ে (annihilation) কী ঘটে?
- ক সমগ্র ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়ে ফোটন সৃষ্টি হয়
- খ ভর দ্বিগুণ হয়ে যায়
- গ শক্তি ধ্বংস হয়ে যায়
- ঘ নতুন নিউক্লিয়াস তৈরি হয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) সমগ্র ভর শক্তিতে রূপান্তরিত হয়ে ফোটন সৃষ্টি হয়
ইলেকট্রন ও পজিট্রন মিলিত হলে দুইটির সমগ্র স্থির ভরই শক্তিতে রূপ নেয় ও দুইটি গামা ফোটন সৃষ্টি হয়।
প্রতিটি ফোটনের শক্তি 0.51 MeV। এটিই ভর-শক্তি সমতার সবচেয়ে সরাসরি প্রদর্শন; PET স্ক্যানে এই নীতিই কাজে লাগে। -
৯৫
শক্তি শোষণ করলে বস্তুর ভরের কী হয়?
- ক সামান্য কমে যায়
- খ অপরিবর্তিত থাকে
- গ সামান্য বেড়ে যায়
- ঘ শূন্য হয়ে যায়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) সামান্য বেড়ে যায়
Δm = ΔEc² — শক্তি শোষণ করলে ভর বাড়ে, ছাড়লে কমে।
গরম কফির ভর ঠান্ডা কফির চেয়ে সামান্য বেশি, তবে পার্থক্যটি এত ছোট যে মাপা অসম্ভব। -
৯৬
ভরের নিত্যতা ও শক্তির নিত্যতা সূত্র দুইটির আধুনিক অবস্থা কী?
- ক দুইটিই আলাদাভাবে সম্পূর্ণ সঠিক
- খ দুইটি মিলে একটিই সূত্র — ভর-শক্তির নিত্যতা
- গ দুইটিই বাতিল হয়েছে
- ঘ শুধু ভরের নিত্যতা টিকে আছে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) দুইটি মিলে একটিই সূত্র — ভর-শক্তির নিত্যতা
যেহেতু ভর শক্তিতে ও শক্তি ভরে রূপ নিতে পারে, তাই দুইটি আলাদা সূত্র আর টেকে না।
আধুনিক রূপ: মোট ভর-শক্তি সংরক্ষিত থাকে। কম শক্তির রসায়নে পুরনো দুই সূত্রই যথেষ্ট নির্ভুল। -
৯৭
E = mc² সমীকরণে c² এর তাৎপর্য কী?
- ক আলোর বেগের দ্বিগুণ
- খ বস্তুর বেগের বর্গ
- গ শক্তির একক
- ঘ রূপান্তর গুণক, যার বিশাল মানের কারণে সামান্য ভর থেকেই বিপুল শক্তি মেলে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) রূপান্তর গুণক, যার বিশাল মানের কারণে সামান্য ভর থেকেই বিপুল শক্তি মেলে
c² ≈ 9 × 10¹⁶ — একটি বিশাল সংখ্যা।
তাই মাত্র 1 গ্রাম ভর সম্পূর্ণ রূপান্তরিত হলেই প্রায় 9 × 10¹³ J শক্তি পাওয়া যায়, যা কয়েক হাজার টন কয়লার সমান। এটি বস্তুর বেগ নয়, নিছক রূপান্তর গুণক। -
৯৮
নিউক্লিয় চুল্লিতে শক্তি উৎপাদনের মূল ভিত্তি কী?
- ক রাসায়নিক দহন
- খ তড়িৎচুম্বকীয় আবেশ
- গ তাপ পরিবাহিতা
- ঘ বিভাজনে ভর ত্রুটির শক্তিতে রূপান্তর
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) বিভাজনে ভর ত্রুটির শক্তিতে রূপান্তর
ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াস ভাঙলে (বিভাজন) খণ্ডগুলোর মোট ভর মূল নিউক্লিয়াসের চেয়ে কম হয়।
এই ভর ত্রুটিই E = Δmc² অনুযায়ী তাপশক্তিতে রূপ নেয়, যা দিয়ে বাষ্প তৈরি করে টারবাইন ঘোরানো হয়। -
৯৯
বন্ধন শক্তি (binding energy) বলতে কী বোঝায়?
- ক পরমাণু থেকে ইলেকট্রন সরাতে যে শক্তি লাগে
- খ নিউক্লিয়াসকে তার উপাদান নিউক্লিয়নে ভাঙতে যে শক্তি লাগে
- গ অণু ভাঙতে যে শক্তি লাগে
- ঘ নিউক্লিয়াসের গতিশক্তি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) নিউক্লিয়াসকে তার উপাদান নিউক্লিয়নে ভাঙতে যে শক্তি লাগে
বন্ধন শক্তি = ভর ত্রুটির সমতুল্য শক্তি = Δmc²।
এটিই নিউক্লিয়াসকে ভাঙতে প্রয়োজনীয় শক্তি। প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি সর্বোচ্চ লোহার আশেপাশে — এজন্যই হালকা নিউক্লিয়াসে সংযোজন ও ভারীতে বিভাজন শক্তি দেয়। -
১০০
আপেক্ষিকতায় ভর, দৈর্ঘ্য ও কালের পরিবর্তন সম্পর্কে কোন বক্তব্যটি সঠিক?
- ক তিনটিই বেড়ে যায়
- খ তিনটিই কমে যায়
- গ ভর কমে, দৈর্ঘ্য ও কাল বাড়ে
- ঘ ভর ও কাল বাড়ে, দৈর্ঘ্য কমে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) ভর ও কাল বাড়ে, দৈর্ঘ্য কমে
গতিশীল বস্তুর ক্ষেত্রে m = γm₀ ও t = γt₀ — দুইটিই γ দিয়ে গুণ হয়, তাই বাড়ে।
কিন্তু L = L₀/γ — γ দিয়ে ভাগ হয়, তাই দৈর্ঘ্য কমে। মনে রাখার সহজ নিয়ম: শুধু দৈর্ঘ্যই ব্যতিক্রম।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের সূচনা নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।