Giải Vật Lý 12 Bài 28. Tia X
Bài 28. TIA X A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG 1. Tia X Bản chất tia Rơnghen Tia Rơnghen là loại sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia tử ngoại. Bước sóng của tia Rơnghen từ 10"12m (tia Rơnghen cứng) đến 10_8m (tia Rơnghen mềm). Tia Rơnghen không mang điện, không bị lệch trong điện trường hoặc từ trường. Cơ chế phát sinh ra tia Rơnghen Các electron trong tia âm cực được tăng tốc trong điện trường mạnh, nên thu được một động năng rất lớn. Khi đập vào đối âm cực chúng gặp các nguyên tử của đốì âm cực, xuyên sâu vào những lớp bên trong của vỏ nguyên tử, tương tác với các hạt nhân nguyên tử và các electron của các lớp này, làm phát ra sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, gọi là bức xạ hãm. Đó chính là tia Rơnghen. Tính chất và ứng dụng của tia Rơnghen - Có khả năng đâm xuyên mạnh. Tia Rơnghen đi xuyên qua bìa, giấy, gỗ...dễ dàng, nhưng khó đi qua kim loại hơn. Kim loại có khối lượng riêng càng lớn thì khả năng cản tia Rơnghen càng mạnh. Ví dụ: Tia Rơnghen xuyên qua dễ dàng một tấm nhôm dày vài cm, nhưng lại bị lớp chì dày vài mm cản lại. Nhờ khả năng đâm xuyên mạnh, tia Rơnghen dùng trong y học để chiếu điện, chụp điện. Trong công nghiệp dùng để dò các lỗ hổng, khuyết tật trong các sản phẩm đúc. Có tác dụng rất mạnh lên kính ảnh nên nó được dùng để chụp điện. Làm phát quang một số chất nên được ứng dụng để quan sát màn hình trong việc chiếu điện. Có khả năng ion hóa các chất khí. Tính chất này được ứng dụng để làm các máy đo liều lượng tia Rơnghen. Có tác dụng sinh lí: Hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn. Vì tia Rơnghen được dùng để chữa bệnh ung thư. Thuyết điện từ ánh sáng Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn. Môì quan hệ giữa tính chất điện từ với tính chất quang của môi trường: — = y/Sịx V Trong đó: c: Tốc độ ánh sáng trong chân không. v: tốc độ ánh sáng trong môi trường có hằng số điện môi 8. |i: độ từ thẩm. c. Thang sóng điện từ: Miền sóng điện từ Bước sóng (m) Tần số (Hz) Sóng vô tuyến điện 3.104 + 10~4 ~104 + 3.1012 Tia hồng ngoại 10’4 + 7,6.10’7 3.1011 + 4.1014 Ánh sáng nhìn thấy 7,6.10-7 + 3,8.10’7 4.1014 + 8.1014 Tia tử ngoại 3,8.10~7 + 10’9 8.1014 + 3.1017 TiaX 10’8 + 10’11 3.1016 + 3.1019 Tia gamma Dưới 10’11 Trên 3.1019 B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP Bài 1. Tia X là gì? Trả lời Mỗi khi có một chùm tia catốt, tức là một chùm electron có năng lượng lớn đập vào một vật rắn, thì vật đó phát ra tia X. Tia X còn là một sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 10'8m. Bài 2. Trình bày cấu tạo và hoạt động của Cu-lit-giơ. Trả lời Để tạo ra tia X người ta dùng Cu-lit-giơ Ống Cu-lit-giơ là một ôhg thủy tinh bên trong là chân không, gồm một dây nung bằng Vonfram FF’ dùng làm nguồn electron và hai điện cực. * Catôt K làm bằng kim loại hình chỏm cầu để làm cho các electron phóng ra từ FF’ đều hội tụ vào Anôt A. Anôt A làm bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao, được làm nguội bằng một dòng nước khi ông hoạt động. Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện, người ta đặt giữa anôt và catôt một hiệu điện thế cỡ vài chục kilôvôn. Các electron bay ra từ dây nung FF’ sẽ chuyển động điện trường giữa anôt và catôt đến đập vào anôt A làm anôt A phát ra tia X. Bài 3. Nêu các tính chất và tác dụng của tia X. Trả lời Tính chất của tia X. Khả năng xuyên thấu cao. Nó dễ dàng đi qua các vật không trong suốt với ánh sáng thường như gỗ, vải, giấy, các mô mềm như da, thịt... Đối với các mô cứng và kim loại thì nó đi qua có phần khó hơn. Kim loại có nguyên tử lượng càng lớn, tia X càng khó đi qua. Ví dụ: Tia X dễ dàng xuyên qua các tấm nhôm dày vài centimet, nhưng lại bị tấm chì dày khoảng vài milimet chặn lại. Do vậy chì được dùng làm màn che chắn hay áo bảo hộ cho những người sử dụng tia X. Tia X có hai loại đó là tia X cứng và tia X mềm. Tia X cứng là tia X có bước sóng ngắn và khả năng xuyên thâu cao; tia X mềm là tia X có bước sóng lớn hơn và độ xuyên thâu yếu. Tia X có khả năng làm đen kính ảnh nên trong y tế người ta thường dùng tia X để chụp hình, rọi hình thay cho việc quan sát trực tiếp bằng mắt thường. Tia X làm phát quang một số chất. Tia X làm ion hóa không khí. Tia X có tác dụng sinh lí; hủy diệt tế bào. Vì vậy người ta dùng tia X để chữa trị ung thư. Tác dụng: Trong y học tia X dùng để chuẩn đoán và chữa trị một số bệnh. Trong công nghiệp tia X dùng để phát hiện những lỗi kĩ thuật trong việc đúc kim loại (phát hiện các vết nứt...) Trong an ninh tia X dùng để kiểm tra hành lý các hành khách trước khi vận chuyển hành lý, hành khách. Ngoài ra trong phòng thí nghiệm tia X còn được dùng để phân tích thành phần và câu trúc của các vật rắn. Bài 4. Nêu tên các sóng hoặc các tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài. Trả lời Các sóng hay tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài lần lượt là: Tia Ganma (hiện tượng phống xạ) Ả < 10'nm TiaX icr8m > Ả > 10’"m Tia tử ngoại 3,8.10_7m > Ằ > 10“9m Ánh sáng khả kiến 7,6.10“7m > Ằ > 3,8.10_7m Tia hồng ngoại 10”3m > Ấ > 7,6.10“7m Sóng vô tuyến 3.10-7m > Ấ > 10_4m. Bài 5. 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. Trả lời Tia X có bước sóng khoảng 10~12m - 10“8m => Chọn câu c. Bài 6. Hiệu điện thế giữa anôt của một ống Cu-lit-giơ là lOkV. Tính vận tốc và động năng cực đại của electron, khi đập vào anôt. Cho biết: Khối lượng và điện tích của electron khi đập vào anôt. Cho biết: Khôi lượng và điện tích của electron: me = 9,1.10“31kg; e = -l,6.10“19C. Giải Áp dụng định lí động năng, ta có: Eđ - Eo = eU Mà Eo = 0 => Eđ = eU = l,6.10“19.104 = 1,6.1(T15J Vận tốc động năng cực đại của electron là: Eđ = l,6.10_15J Vận tốc electron khi đập vào mặt catôt: v = ~ 0,6.1 o8 = 60000 (km/s) V m V 9,1.10“3 Bài 7. Một ống Cu-lit-giơ có công suất 400W, hiệu điện thế giữa anôt và catôt có giá trị lOkV. Hãy tính: Cường độ dòng điện trung bình và số electron trung bình qua ông trong mỗi giây. Nhiệt lượng tỏa ra trên catôt trong mỗi phút. Giải Cường độ dòng điện trung bình trong ống Cu-lit-giơ: I = -^- = ^ = ^-.0,04A UAK 104 50 Số electron trung bình qua ống trong mỗi giây. N = — = ————Ả- = 2,5.1 o'7 electron/giây. e l,6.10~9- Nhiệt lượng tỏa ra trên catôt trong mỗi phút: Q = eU.2,5.1017.60 = 1,6.10 .2,5.1017.60 = 24.103J = 24kJ.