Đề số 51 bài tập tia x

Chương 6 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 51 NGUYỄN THÚY HUYỀN BÀI TẬP TIA X (RƠNGHEN) - QUANG ĐIỆN Họ và tên học sinh:……………………………………………Trường THPT:……………………………… (Cho biết: h = 6,625.10-34 J.s; c = 3.108 m/s; e = 1,6.10-19 C; me = 9,1.10-31 kg) Phần I CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1: Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Rơn-ghen là 18,75 kV Bỏ qua động năng ban đầu của êlectrôn Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơn-ghen do ống phát ra là A 0,4625.10-9 m B 0,6625.10-10 m C 0,5625.10-10 m D 0,6625.10-9 m Câu 2: Trong một ống Rơn-ghen người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi U = 2,1.104 V giữa hai cực Trong 1 phút người ta đếm được 6,3.1018 êlectrôn tới catôt Cường độ dòng quang điện qua ống Rơn-ghen là A 16,8 mA B 1000 mA C 504 mA D 336 mA Câu 3: Hiệu điện thế giữa đối catôt và catôt của một ống tia Rơn-ghen là 24 kV Nếu bỏ qua động năng của êlectrôn bứt ra khỏi catôt thì bước sóng ngấn nhất do ống tia Rơn-ghen này phát ra là A 32 pm B 52 pm C 2,8 pm D 5,2 pm -11 Câu 4: Một ống Rơn-ghen phát ra bức xạ có bước sóng ngắn nhất là 6.10 m Hiệu điện thế cực đại giữa hai cực của ống là A 2,1 kV B 3,3 kV C 21 kV D 33 kV Câu 5: Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Rơn-ghen là U = 25 kV Coi vận tốc ban đầu của chùm êlectrôn (êlectrôn) phát ra từ catôt bằng không Tần số lớn nhất của tia Rơn-ghen do ống này có thể phát ra là A 60,380.1015 Hz B 6,038 1015 Hz C 6,038.1018 Hz D 60,380.1018 Hz Câu 6: Tần số lớn nhất của bức xạ X do ống Rơn-ghen phát ra là 6.1018 Hz Hiệu điện thế giữa anôt và catôt là A 25 kV B 18 kV C 30 kV D 12 kV Câu 7: Ống Rơn-ghen phát ra tia X có bước sóng nhỏ nhất  min = 5A0 khi hiệu điện thế đặt vào hai cực của ống là U = 2KV Để tăng “độ cứng” của tia Rơn-ghen, người ta cho hiệu điện thế giữa hai cực thay đổi một lượng là U = 500V Bước sóng nhỏ nhất của tia X lúc đó bằng A 3 A0 B 4 A0 C 10 A0 D 5 A0 Câu 8: Bước sóng nhỏ nhất của các tia X được phát ra bởi các êlectrôn tăng tốc qua hiệu điện thế U trong ống Rơn-ghen tỷ lệ thuận với A 1/ U B U C 1/U D U2 Câu 9: Một ống tia X phát ra bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 0,5 A 0, cường độ dòng điện qua ống là 10 mA Người ta làm nguội đối catôt bằng một dòng nước chảy qua đối catôt mà nhiệt độ lúc ra khỏi đối catôt lớn hơn nhiệt độ lúc vào là 400C Cho nhiệt dung riêng của kim loại làm đối âm cực là C = 4200 (J/kg.K) Trong một phút khối lượng nước chảy qua đối catôt bằng A 0,0887 g B 0,0887 kg C 0,887 kg D 0,1887 kg Câu 10: Đối catôt của ống Rơn-ghen được làm nguội bằng một dòng nước chảy luồn phía bên trong Nhiệt độ ở lối ra cao hơn nhiệt độ ở lối vào 10 0C Coi rằng toàn bộ động năng của chùm êlectrôn đều chuyển thành nhiệt làm nóng đối catôt Ống Rơn-ghen phát ra những tia có tần số lớn nhất bằng 5.10 18 Hz Dòng quang điện qua ống bằng 8 mA Nhiệt dung riêng và khối lượng riêng của nước là C = 4186 J/kg.độ; D = 10 3 kg/m3 Lưu lượng nước chảy trong ống bằng A 1 cm3/s B 2 cm3/s C 3 cm3/s D 4 cm3/s Câu 11: Trong một ống Rơn-ghen người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi U = 2,1.10 4 V giữa hai cực Coi động năng ban đầu của êlectrôn không đáng kể, động năng của êlectrôn khi đến âm cực bằng A 2,1.104 eV B 4,56.104 eV C 4,2.104 eV D 1,05.104 eV CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN VẬT LÍ (Đề số 51) Trang 1 Chương 6 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG NGUYỄN THÚY HUYỀN Câu 12: Giới hạn quang điện của nhôm là λ 0  0,36μm Chiếu vào quả cầu cô lập về điện bằng kim loại nhôm đồng thời hai bức xạ có tần số lần lượt là f1 = 1015 Hz và f2 = 1,2.1015 Hz Sau một thời gian đủ lâu thì quả cầu có điện thế cực đại Vmax là A 2,06 V B 0,85 V C 1,16 V D 1,52 V Câu 13: Chiếu vào catot của một tế bào quang điện một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,330 μm Để triệt tiêu dòng quang điện cần một hiệu điện thế hãm có giá trị tuyệt đối là 1,38 V Giới hạn quang điện của làm kim loại dùng làm catot là A 0,440 μm B 0,521 μm C 0,385 μm D 0,442 μm Câu 14: Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc vào catot của tế bào quang điện, để triệt tiêu dòng quang điện thì hiệu điện thế hãm có giá trị là 1,9 V Vận tốc ban đầu cực đại của quang electron là A 5,2.105 m/s B 6,2.105 m/s C 7,2.105 m/s D 8,2.105 m/s Câu 15: Chiếu vào kim loại ánh sáng có bước sóng 1 0,36 m thì electron bật ra khỏi bề mặt kim loại với vận tốc v1 Chiếu vào kim loại ánh sáng có bước sóng  2 0,2 m thì electron bật ra khỏi bề mặt kim loại với vận tốc v2 Biết tỉ số giữa hai vận tốc bằng 2 Tìm giới hạn quang điện của kim loại? A  0 0,39 m B  0 0,49 m C  0 0,59 m D  0 0,69 m Câu 16: Chiếu một chùm bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,20 μm vào một quả cầu bằng đồng, đặt cô lập về điện Giới hạn quang điện của đồng là 0,3 μm Điện thế cực đại mà quả cầu đạt được so với đất là A 4,26 V B 1,34 V C 3,12 V D 2,07 V Câu 17: Kim loại dùng làm catot của tế bào quang điện có giới hạn quang điện là λ 0 Lần lượt chiếu tới bề mặt catot bức xạ có bước sóng λ1  0,35μm và λ 2  0,54μm thì vận tốc ban đầu cực đại của quang electron bắt ra khác nhau 2 lần λ 0 bằng A 0,68 μm B 0,62 μm C 0,58 μm D 0,66 μm Câu 18: Ống Rơn-ghen có hiệu điện thế giữa anôt và catôt là 12 kV Để có tia X cứng hơn, cụ thể là làm bước sóng ngắn nhất nhỏ giảm đi 1,5 lần thì hiệu điện thế giữa anôt va catôt lúc đó phải là A 12 kV B 15 kV C 16 kV D 18 kV Câu 19: Vân tốc của êlectrôn khi đập vào đối catôt của một ống Rơn-ghen là 45.10 6 m/s Để tăng vận tốc này thêm 5.106 m/s thì phải tăng hiệu điện thế đặt vào ống một lượng A 1450 V B 4500 V C 1350 V D 6200 V 14 Câu 20: Một ống Rơn-ghen trong mỗi giây bức xạ ra N = 3.10 phôtôn Những phôtôn có năng lượng trung bình với bước sóng 0,1 nm Hiệu điện thế đặt vào hai đầu ống là U = 50 kV Nếu cường độ dòng điện chạy qua ống là 1,5 mA thì hiệu suất của ống bằng A 8% B 0,8% C 80% D 0,08% Câu 21: Trong một ống Rơn-ghen, khi hiệu điện thế giữa anôt và catôt là 1,2 kV thì cường độ dòng điện đi qua ống là 0,8 mA Đối catôt là một bản platin có diện tích 1 cm 2, dày 2 mm, có khối lượng riêng D = 21.103 kg/m3 và nhiệt dung riêng C = 0,12 kJ/kg.K Nhiệt độ của bản platin sẽ tăng thêm 5000C sau khoảng thời gian là A 162,6 s B 242,6 s C 222,6 s D 262,6 s Câu 22: Khi hiệu điện thế giữa anôt và catôt là 1,2 kV thì cường độ dòng điện qua ống Rơn-ghen là 2 mA Nếu toàn bộ động năng của êlectrôn biến đổi thành nhiệt đốt nóng đối catôt thì nhiệt lượng tỏa ra ở đối catôt trong 5 phút là A 800 J B 900 J C 720 J D 1200 J Câu 23: Bước sóng ngắn nhất của tia X phát ra từ một ống Rơn-ghen là 2.10 -11 m Coi rằng vận tốc ban đầu của êlectrôn bằng không Động năng cực đại của êlectrôn trước khi đập vào đối catôt bằng A 10-14 J B 3.10-14 J C 5.10-14 J D 6.10-14 J CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN VẬT LÍ (Đề số 51) Trang 2 Chương 6 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG NGUYỄN THÚY HUYỀN Phần II BÀI TẬP TỰ LUẬN Bài 1 Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của ống Rơn-ghen là U = 18 kV, cường độ dòng điện qua ống là I = 5 mA Bỏ qua động năng lúc êlectrôn bứt ra khỏi catôt Tính nhiệt lượng làm nóng đối catôt trong 1 phút, biết rằng có 95% động năng của êlectrôn đã chuyển thành nhiệt lượng trên Đáp số: Q = 5130 J Bài 2 Hiệu điện thế giữa hai cực của ống Rơn-ghen là U = 2,1 kV và cường độ dòng điện qua ống là I = 0,8 mA Toàn bộ động năng của êlectrôn đập vào đối catôt được chuyển thành nhiệt và được nước chảy qua đối catôt hấp thụ làm cho nước ở lối ra cao hơn lối vào 10 0C Tính khối lượng nước chảy qua đối catôt trong mỗi giây Biết nhiệt dung riêng của nước là C = 4200 J/Kg.K và bỏ qua động năng ban đầu của êlectrôn Đáp số: 4.10-5 (Kg/s) Bài 3 Trong một ống Rơn-ghen người ta tạo ra một hiệu điện thế không đổi U = 2.104 (V) giữa hai cực a) Tính động năng của êlectrôn đến đối catôt (bỏ qua động năng ban đầu của êlectrôn khi bứt ra khỏi catot) b) Tính tần số cực đại của tia X c) Trong một phút người ta đếm được 6.10 18 êlectrôn đập vào đối catot Tính cường độ dòng điện qua ống Rơn-ghen d) Nói rõ cơ chế tạo thành tia X ở đối catôt Đáp số: a) 3,2.10-15 J; b) 4,83.1018 Hz; c) 16 mA Bài 4 Một ống tia Rơn-ghen hoạt động dưới hiệu điện thế U giữa anôt va catôt Ta muốn có bước sóng ngắn 0 nhất của tia X phát ra là 10 A Giả sử các êlectrôn phát ra từ catôt có vận tốc ban đầu bằng không a) Hãy tính động năng cực đại tại catôt của mỗi êlectrôn và vận tốc cực đại tại catôt của êlectrôn này Tính hiệu điện thế U Giả sử toàn bộ động năng của êlectrôn chuyển thành năng lượng phôtôn tia X b) Thật ra, chỉ có 10% động năng của dòng êlectrôn đến đối catot là biến thành năng lượng của phôtôn tia X Hãy tính độ tăng nhiệt độ lớn nhất của đối catôt sau 1 phút Cho biết cường độ dòng điện qua ống bằng 50 mA và nhiệt dung riêng của đối catôt bằng 120 J/(kg.K) và đối catôt có khối lượng 200 g Đáp số: a) 19,88.10-17 J; 2,09.107 m/s; U = 1,2 kV; b) 139,8 K Bài 5 Để sản xuất tia X với bước sóng  , người ta thấy hiệu điện thế giữa anôt và catôt của ống phóng tia X 0 phải có giá trị U, và muốn có tia X có bước sóng nhỏ hơn trước 4 A , ta phải thay đổi hiệu điện thế U một lượng là 828,12 V Giả sử toàn bộ động năng của êlectrôn biến thành năng lượng tia X và động năng ban đầu của êlectrôn tại catôt bằng không a) Hãy tính hiệu điện thế U ban đầu và bước sóng  ban đầu của tia X b) Phải thay đổi hiệu điện thế giữa anôt và catôt như thế nào để có tia X cứng hơn? Tính hiệu điện thế thế 0 này nếu ta muốn có tia X có bước sóng bằng 2 A 0 Đáp số: a) U = 1,24 kV; 10 A ; b) 6,2 kV Bài 6 Một ống tia X hoạt động ở hiệu điện thế U = 12 kV giữa anôt và catôt Giả sự động năng của các êlectrôn khi bắt đầu bay ra khỏi catôt bằng không và có 3,4.10 17 êlectrôn đến đập vào đối catôt sau mỗi giây Cho biết chỉ có 1% của động năng của dòng êlectrôn này được chuyển thành năng lượng bức xạ tia X a) Hãy tính bước sóng nhỏ nhất của tia X phát ra và vận tốc của êlectrôn khi đến đối catôt b) Sau mỗi phút, nhiệt độ đối catôt tăng thêm 1988 0C Tính khối lượng của đối catôt Cho biết đối catôt làm bằng tungsten có nhiệt dung riêng C = 0,13 J/(g.K) 0 Đáp số: a) 1,04 A ; 6,5.107 m/s; b) m = 150 g Bài 7 Chiếu bức xạ điện từ có bước sóng 330 nm vào catôt của một tế bào quang điện thì hiện tượng quang điện xảy ra Để triệt tiêu dòng quang điện cần hiệu điện thế hãm là U h Để hiệu điện thế hãm giảm đi 1 V thì bước sóng của bức xạ chiếu vào catôt bằng bao nhiêu? Đáp số: 449 nm CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN VẬT LÍ (Đề số 51) Trang 3 Chương 6 LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG NGUYỄN THÚY HUYỀN Bài 8 Khi chiếu lần lượt hai bức xạ điện từ có bước sóng 1  0, 25 m và  2  0,30 m vào một tấm kim loại M, người ta thấy vận tốc ban đầu cực đại của êlectrôn quang điện lần lượt là v 1 = 7,31.105 m/s và v2 = 4,93.105 m/s a) Từ các số liệu trên hãy xác định khối lượng me của êlectrôn và giới hạn quang điện của kim loại M b) Chiếu một bức xạ điện từ có bước sóng  vào tấm kim loại trên được đặt cô lập về điện thì điện thế cực đại đạt được là 3 V Tính bước sóng  của bức xạ đó Đáp số: a) m = 9,1.10-31 kg; 0,36 m ; b) 0,19 m Bài 9 Dùng bức xạ có bước sóng   0,5 m chiếu vào một bản kim loại Ngay khi bật ra khỏi kim loại, các ur quang êlectrôn được đưa vào một vùng có từ trường đều, với cảm ứng từ B vuông góc với vận tốc của các quang êlectrôn Ta thấy các êlectrôn này thực hiện được 25,46.106 vòng sau mỗi giây Thay bức xạ trên bằng bức xạ có bước sóng  '  0, 40 m , ta thấy bán kính quỹ đạo của các quang êlectrôn trong từ trường thay đổi 0,125 cm a) Tính giá trị của cảm ứng từ B và số vòng quay trong 1 s của các êlectrôn khi sử dụng bức xạ  ' b) Tính giới hạn quang điện của kim loại Đáp số: a) B = 9,1.10-4 T; 25,46.106 vòng/s; b)  0  0, 65 m Bài 10 Khi rọi vào catôt phẳng của một tế bào quang điện một bức xạ điện từ bước sóng   0,33 m thì có thể làm dòng quang điện triệt tiêu bằng cách nối anôt và catôt của tế bào quang điện với hiệu điện thế U AK � 0,3125 V a) Xác định giới hạn quang điện của catôt b) Anôt của tế bào đó cũng có dạng phẳng song song với catôt, đặt đối diện và cách catôt một khoảng d = 1 cm Hỏi khi rọi chùm bức xạ rất hẹp trên vào tâm của catôt và đặt một hiệu điện thế U AK = 4,55 V, thì bán kính lớn nhất ở vùng trên bề mặt anôt mà các êlectrôn tới đập vào bằng bao nhiêu? Đáp số: a)  0  0,36 m ; b) 5,2 mm Bài 11 Bước sóng giới hạn của một kim loại dùng làm catôt của một tế bào quang điện là 0,6 m Chiếu vào catôt đó một bức xạ điện từ có bước sóng 0,3 m Người ta tách ra một chùm hẹp các êlectrôn quang điện rồi cho chúng chuyển động trong một từ trường đều có cảm ứng từ B sao cho vận tốc ban đầu của các êlectrôn tạo với vectơ cảm ứng từ một góc  = 300 Độ lớn của cảm ứng từ B = 10 -4 T Xác định các đại lượng đặc trưng của chuyển động của êlectrôn trong từ trường: bán kính cực đại của đường ốc và bước ốc Đáp số: Rmax = 0,4562 cm và hmax = 26,4 cm Bài 12 Một điện cực phẳng làm bằng nhôm có công thoát êlectrôn bằng 3,74 eV, được chiếu bằng bức xạ tử ngoại có bước sóng 83 nm a) Êlectrôn quang điện có thể rời xa bề mặt điện cực một đoạn tối đa bằng bao nhiêu theo phương điện trường nếu đặt điện cực trong một điện trường đều cản lại chuyển động của êlectrôn có cường độ E = 1500 V/m b) Nếu không có điện trường hãm đó và điện cực được nối đất qua điện trở R = 1 k thì dòng điện cực đại qua điện trở (đạt được khi chùm sáng đủ mạnh) là bao nhiêu? Đáp số: a) 7,5 mm; b) Imax = 11 mA Bài 13 Kim loại dùng làm catôt của tế bào quang điện có giới hạn quang điện  0 a) Lần lượt chiếu tới bề mặt catôt bức xạ có bước sóng 1  0,35 m và  2  0,54 m thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của êlectrôn bắn ra khác nhau 2 lần Tính  0 b) Nếu chiếu tới catôt ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng từ 390 nm đến 760 nm thì phải đặt giữa anôt và catôt một hiệu điện thế hãm bằng bao nhiêu để dòng quang điện bằng không? c) Tách từ chùm êlectrôn bắn ra từ catot lấy một êlectrôn có vận tốc v 0 = 6.105 m/s rồi cho nó bay vào một điện trường đều giữa hai điểm M - N dọc theo đường sức với U MN = -10 V Sau khi ra khỏi điện trường, tiếp tục cho êlectrôn bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10 -4 T theo phương vuông góc với đường sức từ Tính lực từ tác dụng lên êlectrôn và bán kính quĩ đạo của nó trong từ trường Đáp số: a) 660 nm; b) 1,3 V; c) 6,3.10-17 N; R = 5,6 cm CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MÔN VẬT LÍ (Đề số 51) Trang 4 ... g Đáp số: a) 19,88.10-17 J; 2,09.107 m/s; U = 1,2 kV; b) 139,8 K Bài Để sản xuất tia X với bước sóng  , người ta thấy hiệu điện anôt catơt ống phóng tia X phải có giá trị U, muốn có tia X có... giảm V bước sóng x? ?? chiếu vào catôt bao nhiêu? Đáp số: 449 nm CHUN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC MƠN VẬT LÍ (Đề số 51) Trang Chương LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG NGUYỄN THÚY HUYỀN Bài Khi chiếu hai x? ?? điện từ có bước... lượng tia X động ban đầu êlectrơn catơt khơng a) Hãy tính hiệu điện U ban đầu bước sóng  ban đầu tia X b) Phải thay đổi hiệu điện anơt catơt để có tia X cứng hơn? Tính hiệu điện thế ta muốn có tia