Giải bài tập SGK Vật lý 12 Bài 28: Tia X

Tia X là gì ?

Phương pháp giải

Để trả lời được câu này cần nắm được định nghĩa của tia X.

Hướng dẫn giải

Tia X là sóng điện từ, có bước sóng từ 10^-11m đến 10^-8m.

Trình bày cấu tạo và hoạt động của ống Cu-li-giơ.

Phương pháp giải

- Để tạo tia X, người ta dùng ống Cu – lít – giơ

- Ống Cu – lít – giơ là một ống thuỷ tinh bên trong là chân không

- Hình vẽ bên dưới mô phỏng cấu tạo và nguyên lí hoạt động

Hướng dẫn giải

a) Cấu tạo: 

Ống Cu – lít – giơ là một ống thủy tinh bên trong là chân không, gồm :

- Một dây nung bằng vonfam FF’ dùng làm nguồn electron.

- Hai điện cực:

+ Catot K: bằng kim loại, hình chỏm cầu để làm cho các electron phóng ra từ FF’ đều hội tụ vào anot.

+ Anot A: bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao, được làm nguội bằng một dòng nước khi ống hoạt động.

b) Hoạt động:

- Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện.

- Người ta đặt giữa anot và catot một hiệu điện thế cỡ vài chục kilôvôn.

- Các electron bay ra từ FF’ sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt và catôt đến đập vào miếng kim loại làm anot và sẽ phát ra tia X.

Nêu các tính chất và tác dụng của tia X.

Phương pháp giải

Tính chất nổi bật và quan trọng nhất của tia X là khả năng đâm xuyên, ngoài ra tia X còn một số tính chất khác trong lĩnh vực lý - hóa - sinh, ...

Tia X có tác dụng sinh lý: nó hủy hoại tế bào, ngoài ra còn một số tác dụng khác trong các lĩnh vực: y học, công nghiệp và giao thông, ...

Hướng dẫn giải

a) Các tính chất của tia X :

- Tia X có khả năng đâm xuyên

- Làm đen kính ảnh

- Làm phát quang một số chất

- Làm ion hóa không khí

- Có tác dụng sinh lí.

b) Tác dụng của tia X:

- Tia X dùng trong y học để chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông

- Trong công nghiệp để tìm khuyết tật các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể

- Trong giao thông để kiểm tra hành lí của các hành khách đi máy bay…

Nêu tên các sóng hoặc tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài.

Phương pháp giải

Thang sóng điện từ là tập hợp các loại sóng điện từ được sắp xếp theo thứ tự bước sóng tăng dần ( hay tần số giảm dần)

Hướng dẫn giải

Các sóng hoặc tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài:

- Tia gama 

- Tia X

- Tia tử ngoại

- Ánh sáng nhìn thấy

- Tia hồng ngoại

- Sóng vô tuyến

Chọn câu đúng.

Tia X có bước sóng

A. lớn hơn tia hồng ngoại.

B. lớn hơn tia tử ngoại.

C. nhỏ hơn tia tử ngoại.

D. không thể đo được.

Phương pháp giải

- Tia X có bước sóng  từ 10^-11 m đến 10^-8 m (tức là từ 0,01 nm đến khoảng vài nm)

- Tử ngoại gần có bước sóng từ 380 đến 200 nm

Hướng dẫn giải

- Tia X có bước sóng nhỏ hơn tia tử ngoại.

- Chọn đáp án C.

Hiệu điện thế giữa anot và catot của một ống Cu – lit – giơ là 10kV. Tính tốc độ và động năng cực đại của các electron, khi đập vào anot.

Cho biết: khối lượng và điện tích của electron: m_e = 9,1.10^-31 kg; e = - 1,6.10^-19C.

Phương pháp giải

- Áp dụng định lí động năng: ΔW_đ = e.U_max 

- Động năng cực đại:

W_đmax = ΔW_đ =  e.U_max 

- Áp dụng công thức:

W_đ = m_e.v²/2 để tìm vận tốc: v² =  2.W_đ/m_e

Hướng dẫn giải

- Khi electron chuyển động về anot

- Áp dụng định lí động năng ta có:

ΔW_đ = e.U_max = 1,6.10^-19. 10. 103.√2 = 2,26.10^-15 (J)

- Ban đầu động năng nhiệt của electron không đáng kể

⇒ Động năng của electron ngay trước khi đập vào anot là:

W_đmax = ΔW_đ = 2,26.10^-15 (J)

⇒ Tốc độ của electron:

 \(v = \sqrt {\frac{{2.{{\rm{W}}_{\rm{d}}}}}{{{m_e}}}} = \sqrt {\frac{{{{2.2,26.10}^{ - 15}}}}{{{{9,1.10}^{ - 31}}}}} = {70,48.10^6}m/s\)

Một ống Cu – lit – giơ có công suất 400W, hiệu điện thế giữa anot và catot có giá trị 10kV. Hãy tính:

a) Cường độ dòng điện trung bình và số electron qua ống trong mỗi giây.

b) Nhiệt lượng tỏa ra trên anot trong mỗi phút.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính I: I = P/U

- Áp dụng công thức: I = n.e/t để tìm số electron n = I.t/e với e = 1,6.10^-19

- Áp dụng công thức: Q = P.t để tính nhiệt lượng

Hướng dẫn giải

a) - Cường độ dòng điện trung bình qua ống:

 \(\overline I = \frac{P}{U} = \frac{{400}}{{{{10.10}^3}}} = 0,04A\)

+ Gọi n là số electron qua ống trong mỗi giây.

+ Cường độ dòng điện:  \(\overline I = \frac{{n.e}}{t} \)

- Số hạt trong mỗi giây là:

 \( n = \frac{{\overline I .t}}{e} = \frac{{0,04.1}}{{{{1,6.10}^{ - 19}}}} = {2,5.10^{17}}electron/s\)

b) Nhiệt lượng tỏa ra trên anot trong mỗi phút:

Q = P.t = 400.60 = 24000 (J)