Dạng3 : Tia X (TIA RƠNGHEN). Biên soạn;Thầy Thọ0904776222La phùHoài ĐứcHN 1) Tính bước sóng ngắn nhất của tia X phát ra: Khi dòng quang electron đến đập vào tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn và đột ngột dừng lại thì phát ra tia X Theo định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng dòng electron = năng lượng tia X+ Nhiệt năng (nhiệt năng rất lớn so với năng lượng tia X)
Trang 1
Dạng3 : Tia X (TIA RƠNGHEN) Biên soạn;Thầy Thọ-0904776222-La phù-Hoài Đức-HN
1) Tính bước sóng ngắn nhất của tia X phát ra:
Khi dòng quang electron đến đập vào tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn và đột ngột dừng lại thì phát ra tia X
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
Năng lượng dòng electron = năng lượng tia X+ Nhiệt năng (nhiệt năng rất lớn so với năng lượng tia X)
X
hc
Ta có năng lượng của dòng quang electron = động năng của chùm quang electron khi đập vào đối Katốt
Wd eU AK
X
AK
h c eU
Bước sóng ngắn nhất của tia X phát ra là: min
X
AK
hc eU
AK
U : điện áp đặt vào Anốt và Katốt của ống Cu - lít - giơ(ống Rơnghen)
2) Tính nhiệt lượng làm nóng đối Katốt.
Nhiệt lượng làm nóng đối Katốt bằng tổng động năng của các quang electron đến đập vào đối Katốt Q
=W = N.Wđ = N.e.U AK
N tổng số quang electron đến đối Katốt
Mà Q=mC(t2-t1), với C nhiệt dung riêng của kim loại làm đối Katốt
Bài toán mẫu
Bài 1: Một ống Cu-lít-giơ có điện áp giữa hai đầu ống Cu- lít - giơ là 10KV với dòng điện trong ống là I =
1mA
a) Tính số e đập vào đối Katốt sau một phút ?
b) Tính động năng của e đập vào đối Katốt ?
c) Tính bước sóng nhỏ nhất của tia X ?
d) Coi rằng chỉ có 1% số e đập vào đối Katốt tạo ra tia X Sau một phút hoạt động thì đối Katốt nóng thêm bao nhiêu độ cho khối lượng của đối Katốt là m = 100g và nhiệt dung riêng là 120J/kgđộ
Hướng dẫn giải: a) Đs:N=3,74 1017 b) Wđ=1,6.10-15J c) 0 =1,24 10
10 m d) suy ra t
=49,3680C
Bài 2: Một ống Cu-lít-giơ có UAK= 15KV và dòng điện chạy qua ống là 20mA
a) Tính tốc độ và động năng của e tới đối Katốt (v0=0)
b) Tính nhiệt lượng toả ra trên đối Katốt trong mỗi phút và lưu lượng H20 để làm nguội đối Katốt biết rằng nhiệt độ của nước đi vào là 200 và đi ra là 400 nhiệt dung riêng cuả nước là C= 4186 J/kgđộ ( cho rằng toàn bộ động năng của e làm nóng đối Katốt )
Hướng dẫn giải: a )v=72,63 106 m/sb) Q=18000J Vậy lưu lượng nước làm nguội đối Ka tốt=3,58(g/s)
Bài 3: Biết hiệu điện thế giữa A và K của ống tia Rơnghen là 12kV Tìm bước sóng nhỏ nhất của tia Rơn-ghen do
ống phát ra Từ đó suy ra tần số lớn nhất của bức xạ do ống Rơn-ghen phát ra
Hướng dẫn giải:Suy ra: f 18Hz
max 2 , 9 10
Bài 4: Một ống Rơnghen phát ra bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 3.10-10m Biết c = 3.108 m/s; h = 6,625.10-34 Js Động năng của êlectron khi đập vào đối âm cực là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:0 , 625 10 16 J
Bài 5: Chùm tia Rơn-ghen mà người ta thấy có những tia có tần số lớn nhất và bằng 5 10 19Hz
a Tính động năng cực đại của electron đập vào đối catôt?
b Tính điện áp ở hai đầu ống Rơn-ghen? Biết vận tốc của electron khi rời Catôt bằng không
Trang 2
c Trong 20s người ta xác định có 1018 electron đập vào đối catôt Tính cường độ dòng điện qua ống Rơn-ghen?
Hướng dẫn giải:a W đ 14J
max 3 , 3125 10
b U 2 , 07 10 5V c i 8mA
Bài 6: (*): Một ống Rơn-ghen hoạt động dưới điện áp U 50000V Khi đó cường độ dòng điện qua ống Rơn-ghen là I 5mA Giả thiết 1% năng lượng của chum electron được chuyển hóa thành năng lượng của tia X và năng lượng trung bình của các tia X sinh ra bằng 75% năng lượng của tia có bước sóng ngắn nhất Biết electron phát ra khỏi catot với vận tôc bằng 0
a Tính công suất của dòng điện qua ống Rơn-ghen
b Tính số photon của tia X phát ra trong 1 giây?
c Catot được làm nguội bằng dòng nước có nhiệt độ ban đầu t 0C
110 Hãy tìm lưu lượng nước (lít/phút) phải dung để giữ cho nhiệt độ catot không thay đổi Biết khi ra khỏi ống Rơn-ghen thì nhiệt độ của nước là t 0C
2 25 Nhiệt dung riêng của nước là c kg J K
4200
Khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3
Hướng dẫn giải: a P 250W b Số photon do tia X sinh ra trong 1 giây: N 4 , 2 10 14 (photon/s)
c Phần năng lượng biến thành nhiệt trong 1 giây: Q 0 , 99 UI m 0 , 23(lít/phút)
C Câu hỏi và bài tậptự luyện tập:
Bài 7: Hiệu điện thế giữa anốt và katốt của ống Rơnghen là 15KV Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen đó là
A 0,83.10-8m B 0,83.10-9m C 0,83.10-10m D 0,83.10-11m
Bài 8: trong một ống Rơghen người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi giữa hai cực trong một phút người ta đếm
được 6.1018 điện tử đập vào catốt tính cường độ dòng điện qua ống Rơghen
Bài 9: Ống tia X làm việc ở hiệu điện thế U = 50KV và cường dộ dòng điện I = 2mA, trong 1s bước xạ n = 5.1013
phôtôn Biết bước sóng trung bình của tia X là= 0,1nm Cho biết c = 3.108 m/s, h = 6,625.10-34J.s Trả lời các câu hỏi sau:
a Tính công suất của dòng điện sử dụng:
A 300W B 400W C 500W D 530W E 100 W
b Hiệu suất của ống tia X:
A 0,1% B.1% C.10% D.19%
Bài 10: Trong một giây có 1015eletron từ catốt đến đập vào anốt Dòng điện bão hoà là
Bài 11: Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơnghen là 3.104(V) Cho điện tích electron e 1 , 6 10 19C
hằng số plank h 6 , 625 10 34J.s
, vận tốc của ánh sáng trong chân không c 3 10 8m/s
Bước sóng nhỏ nhất của chùm tia Rơnghen phát ra
Chọn một đáp án dưới đây
A 4 , 14 10 11m B 3 , 14 10 11m C 1 , 6 10 11m D 2 , 25 10 11m
Đề bài này dùng để trả lời cho các câu 12, 13, 14:
Trong một ống Rơghen, số electron đập vào catốt trong một giây là n = 5.1015 hạt, vận tố mỗi hạt là 8.107m/s
Bài 12: Tính cường độ dòng điện qua ống:
A 8.10-4A B 0,8.10-4A C 3,12.1024A D 0,32.10-4A
Bài 13: Tính hiệu điện thế giữa anốt và catốt biết vận tốc của electron khi rời Catôt bằng 0
Bài 14: Tính bước sóng nhỏ nhất trong chùm tia Rơghen do ống phát ra:
A 0,68.10-9m B 0,86.10-9m C 0,068.10-9m D 0,086.10-9m
Bài 15: Trong một ống Rơghen, biết hiệu điện thế giữa anốt và catốt là U = 2.106V Hãy tính bước sóng nhỏ nhất
min
của tia Rơghen do ống phát ra:
Đề bài này dùng để trả lời cho các câu 16,17,18:
Chùm tia Rơghen phát ra từ ống Rơghen, người ta thấy có những tia có tần số lớn nhất và bằng 5 10 19 ( )
Bài 16: Tính động năng cực đại của electron đập vào đối catốt:
A 3,3125.10-15J B 33,125.10-15J C 3,3125.10-16J D 33,125.10-16J
Trang 3
Bài 17: Tớnh hiệu điện thế giữa hai cực của ống:
Bài 18: Trong 20s người ta xỏc định cú 1018 electron đập vào đối catốt Tớnh cường độ dũng điện qua ống:
Đề bài này dựng để trả lời cho cỏc cõu 19,20,21,22:
Một ống phỏt ra tia Rơghen, phỏt ra bức xạ cú bước súng nhỏ nhất là 5.10-10m (bỏ qua sự tỏa nhiệt)
Bài 19: tớnh năng lượng của photon tương ứng:
A 3975.10-19J B 3,975.10-19J C 9375.10-19J D 9,375.10-19J
Bài 20: Tớnh vận tốc của điện tử đập vào đối õm cực và hiệu điện thế giữa hai cực của ống:
A
6
29,6.10 /
2484
B
6
296.10 /
248, 4
C
6
92,6.10 /
2484
6
926.10 /
248, 4
Bài 21: Khi ống hoạt động thỡ dũng điện qua ống là I = 2mA Tớnh số điện tử đập vào đối õm cực trong mỗi giõy:
Bài 22: Tớnh nhiệt lượng tỏa ra trờn đối õm cực trong một phỳt (giả sử toàn bộ năng lượng của electron khi đến đối
Catot đều biến thành nhiệt):
Bài 23: Một ống phỏt tia X cú hiệu điện thế U=2.104 V Bỏ qua động năng ban đầu của e lỳc ra khỏi ca tốt Trả lời cỏc cõu hỏi sau:
a Vận tốc của e khi chạm tới ca tốt là bao nhiờu?
A 0,838.108m/s; B 0,838.106m/s ; C 0,638.108m/s ; D 0,740.108m/s
b Tớnh bước súng cực tiểu của chựm tia X phỏt ra
A 6,02.10-11m; B 6,21.10-11m; C 5,12.10-12m; D 4,21.10-12m
c Động năng của e khi dập vào đối ca tốt là bao nhiờu?
A 4,2.10-15J; B 3,8.10-15J; C 3,8.10-16J; D 3,2.10-15J
Bài 24: Một ống Rơn-ghen phỏt ra bức xạ cú bước súng nhỏ nhất là 5.10-11m, cường độ dúng điện qua ống là 10mA
a Tớnh năng lượng của phụton Rơn-ghen tương ứng, hiệu điện thế đặt vào hai cực của ống Rơn- Ghen, vận tốc của ờlectron tới đập vào đối catụt?
b Tớnh số ờlectron đập vào đối catụt trong 1 phỳt?
c Người ta làm nguội đối catụt bằng một dũng nước chảy qua đối catụt mà nhiệt độ lỳc ra khỏi đối catụt lớn hơn nhiệt độ lỳc vào là 400C Tớnh khối lượng nươc chảy qua đối catụt trong 1 phỳt Cho biết nhiệt dung riờng của nước
là 4200J/kg.K
Bài 25: H.đ.th giữa catốt và đối õm cực của ống Rơnghen bằng 200KV Cho biết electron phỏt ra từ catốt khụng
vận tốc đầu Bước súng của tia Rơnghen cứng nhất mà ống phỏt ra là :
A 0,06Å B 0,6Å C 0,04Å D 0,08Å
* Sử dụng dữ kiện sau:Một ống Rơnghen phát chùm tia Rơnghen có bớc sóng ngắn nhất là 5.10 -11 m.
Cho: h = 6,62.10 -34 Js; c = 3.10 8 m/s; me = 9,1.10 -31 kg; e = 1,6.10 -19 C.
Câu 26 : Động năng cực đại của êlectrôn khi đập vào đối catôt và hiệu điện thế giữa cực của ống có thể nhận giá trị
đúng nào trong các giá trị sau?
A Wđ = 40,75.10-16J; U = 24,8.103 V B Wđ = 39,75.10-16J; U = 26,8.103 V
C Wđ = 36,75.10-16J; U = 25,8.103 V D Wđ = 39,75.10 -16 J; U = 24,8.10 3 V
Câu 27 : Số êlectrôn đập vào đối catôt trong 10s là bao nhiêu? Biết dòng điện qua ống là 10 mA Chọn kết quả đúng
trong các kết quả sau:
A n = 0,625.1018 hạt B n = 0,562.1018 hạt C n = 0,625.1017 hạt D Một giá trị khác
* Sử dụng dữ kiện sau:Trong một ống Rơnghen, số êlectrôn đập vào đối catôt trong mỗi giây là n = 5.10 15 hạt, vận tốc mỗi hạt là 8.10 7 m/s.Cho : me = 9,1.10 -31 kg; e = 1,6.10 -19 C c = 3.10 8 m/s; h = 6,625.10 -34 Js.
Trang 4
Khối lợng riêng và nhiệt dung riêng của hạt bạch kim:D = 21.10 3 kg/m 3 ; C = 120 J/kg.độ.
Câu 28 : Cờng độ dòng điện qua ống và hiệu điện thế giữa hai cực ống có thể nhận những giá trị đúng nào sau đây?
Xem động năng của êlectrôn khi bứt khỏi catôt là rất nhỏ, có thể bỏ qua
A I = 0,8 A ; U = 18,2.103 V B I = 0,16 A ; U = 18,2.103 V C I = 0,8 A ; U = 18,2.105 V D Một giá trị khác
Câu 29 : Bớc sóng nhỏ nhất mà ống có thể phát ra bằng bao nhiêu? Chọn kết quả đúng trong các kết quả sau:
A = 0,068.100 -12 m B = 0,068.100 -6 m C = 0,068.100 -9 m D Một giá trị khác
Câu 30: Đối catôt là một khối bạch kim có điện tích bề mặt S = 1 cm2, chiều dày h = 2 mm Hỏi sau bao lâu khối bạch kim nóng tới 1500 C0 nếu không đợc làm nguội bằng thiết bị tản nhiệt Giả sử 99,9% động năng của các êlectrôn khi đập vào đối catôt chuyển thành nhiệt làm đốt nóng catôt và bỏ qua bức xạ nhiệt của nó Chọn kết quả
đúng trong các kết quả sau: A t = 25 s B t = 45 s C t = 60 s D t = 90 s.
* Sử dụng dữ kiện sau:Trong chùm tia Rơnghen do một ống Rơnghen phát ra, thấy có những tia có tần số lớn nhất fmax = 5.10 18 Hz.Cho : me = 9,1.10 -31 kg; e = 1,6.10 -19 C c = 3.10 8 m/s; h = 6,635.10 -34 Js.
Nhiệt dung riêng và khối lợng riêng của nớc là: C = 4186 J/kg.độ ; D = 10 3- kg/m 3
Câu 31: Hiệu điện thế giữa hai cực của ống và động năng cực đại của êlectrôn khi đập vào đối catôt có thể nhận giá
trị đúng nào trong các giá trị sau?
A U = 2,07.106 V ; Wđ = 3,3125.10-16 J B U = 2,07.104 V ; Wđ = 33,125.10-16 J
C U = 3,07.104 V ; Wđ = 33,125.10-19 J D Một giá trị khác
Câu 32 : Trong 10s, ngời ta xác định đợc có 0,5.1018 hạt êlectrôn đập vào đối catôt Cờng độ dòng điện qua ống có thể nhận giá trị đúng nào trong các giá trị sau?
A I = 8 mA B I = 12 mA C I = 6 mA D Một giá trị khác
Câu 33: Đối catôt đợc làm nguội bằng dòng nớc chảy luồn bên trong Nhiệt độ ở lối ra cao hơn lối vào là 100C Lu l-ợng dòng nớc chảy trong ống theo đơn vị m3/s là bao nhiêu? Giả sử 100% động năng của chùm êlectrôn đều chuyển thành nhiệt làm nóng catôt Chọn kết quả đúng trong các kết quả sau:
A L = 0,4 cm3/s B L = 5 cm3/s C L = 4 cm3/s D Một giá trị khác
Câu34 Trong một ống Rơnghen ngời ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi U = 66250 V giữa hai cực Tính tần số
lớn nhất của tia Rơnghen có thể bứt ra Bỏ qua động năng ban đầu của electrôn khi bứt ra khỏi catốt Cho
h=6,625.10-34J.s; A/ fmax = 1, 6.1019 Hz B/ fmax = 1, 6.10 -19 Hz C/ fmax = 16.1019 Hz C/ fmax = 1, 6.10-19 Hz
Câu 35 : Chọn cõu sai Tia Rơnghen cú những tớnh chất:
A Tia Rơnghen gõy ra hiệu ứng quang điện B Tia Rơnghen làm ion hoỏ mụi trường.
C Xuyờn qua được tấm chỡ dầy vài centimột D Tia Rơnghen làm phỏt quang một số chất.
Câu 36 : Một ống Rơn ghen có UAK= 10kv với dòng điện trong ống là I = 1mA Coi rằng chỉ có 1% số e
đập vào đối catốt tạo ra tia X Tính công suất chùm tia X có bớc sóng nhỏ nhất
Câu 37: Catốt của tộ bào quang điện cú cụng thoỏt A = 1,8eV dược chiếu bởi bức xạ cú 600nm từ
một nguồn sỏng cú cụng suất 2mW Dũng quang điện bằng bao nhiờu biết rằng cứ 1000 phụtụn
chiếu tới thỡ cú 2e bay ra