問4の答えは、②となります。
この問題は、クーロンの法則と仕事の原理の知識があると解けます。
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それでは解答です。
まず、フィラメントとプレート間の距離を\(d\)としますと電圧\(V\)により、フィラメントとプレート間には電場（電界）\(E=\displaystyle\frac{V}{d}\)が一様に生じます。
そうしますとクーロンの法則により、フィラメントで放出された電子\(e\)には電場（電界）\(E\)の影響で、力\(F=eE\)が加わります。
そして、フィラメントからプレートまでの距離\(d\)を力\(F\)で加速するのですから、電子が得る運動エネルギーは、仕事(力x力の加わった距離）と等価で\(Fd=eEd=\displaystyle\frac{eVd}{d}=eV\)となります。
ということで問4の答えは②となります。
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答えは問5：①、 問6：⑥となります。
運動量保存の法則と力学的エネルギーの保存則を理解している必要があります。
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それでは解答です。
まずは、問5です。
電子は前問で力\(F\)で加速されてますが、衝突の瞬間を考えますと限りなく短い時間ですので、この間に加わる力\(F\)による力積\(Ft\)は0とみなせます。
ということで、外力は加わっていないとみなすことができます。
過程(a)(b)ともに外力が働いていないので、運動量保存の法則が成り立ちますので、運動量の和は過程(a)(b)ともに「保存する」ということになります。
よって、問5：① が解答となります。
前問で力が働いていることを高校生が主の受験生に認識させてるのに、外力が働いていないことが前提の運動量保存の法則を使わせるのは、出題者は受験生をはめようとしてるんですかね？
外力が働くと迷ったらどうするんだろ？意地が悪いなあ。
気を取り直して次は、問6です。
過程(a)は、電子が衝突で失った分の運動エネルギーは、水銀原子の運動エネルギーとなりますので、衝突前後で運動エネルギーの総和は変わりません。保存されますよ。
よって答えは④〜⑥にしぼられますね。
過程(b)は、電子が衝突で失った分の運動エネルギーが、水銀原子の運動エネルギーになるほかに、水銀原子のエネルギー状態を状態Aから状態Bにするのに使っていますね。
よって、運動エネルギーが状態Aから状態Bになる分減ってますので、答えは⑥になります。
他にも大学共通テストの解答の記事がありますので、よかったら見てくださいね。
初稿：2021-2-28
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