BÀI 28. TIA X
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Phát hiện tia X
Mỗi khi một chùm tia Catôt – tức là chùm êlectron có năng lượng lớn – đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X.
2. Cách tạo tia X
+ Để tạo tia X người ta dùng ống Cu-lít-giơ.
+ Ống Cu-lít-giơ là một ống thủy tinh bên trong là chân không, gồm một dây nung bằng vonfam FF' dùng làm nguồn êlectron và hai điện cực
+ 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 êlectron bay ra từ dây nung FF' sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt và catôt đến đập vào A (làm bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và có nhiệt độ nóng chảy cao) và làm cho A phát ra tia X.
3. Khái niệm tia X
Tia X, (hay còn gọi là tia Rơn-ghen) là các bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn của tia tử ngoại (bước sóng nằm trong khoảng từ 10–11 m đến 10–8 m). Người ta phân biệt tia X làm hai loại: tia X cứng là các tia có bước sóng ngắn và tia X mềm là các tia có bước sóng dài hơn.
4. Tính chất
+ Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh, đây là tính chất nổi bật và quan trọng nhất của tia X. Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn, ta nói là nó càng cứng.
+ Tia X làm đen kính ảnh, nên dùng để chụp điện trong y tế.
+ Tia X làm phát quang một số chất.
+ Tia X làm ion hóa không khí.
+ Tia X có tác dụng sinh lí, nó hủy diệt tế bào, nên dùng chữa bệnh ung thư.
5. Công dụng
+ Ngoài một số công dụng chuẩn đoán và chữa trị một số bệnh trong y học, tia X còn được sử dụng trong công nghiệp để tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể.
+ Được sử dụng trong giao thông để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay.
+ Sử dụng trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu thành phần và cấu trúc của vật rắn.
6. Thang sóng điện từ
+ Sự đồng nhất giữa sóng điện từ và sóng ánh sáng:
- Sóng điện từ và sóng ánh sáng cùng truyền được trong chân không với tốc độ c.
- Sóng điện từ cũng truyền thẳng, cũng phản xạ trên các mặt kim loại, cũng khúc xạ không khác gì ánh sáng thông thường. Sóng điện từ cũng giao thoa và tạo được sóng dừng, nghĩa là sóng điện từ có đủ mọi tính chất đã biết của sóng ánh sáng.
+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại (IR), ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại (UV), tia X (còn gọi là tia Rơnghen) và tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện từ; chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng). Các sóng này tạo thành một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ.
+ Sự khác nhau về tần số dẫn đến sự khác nhau về tính chất và công dụng của chúng.
+ Tần số, bước sóng trong chân không của các loại sóng điện từ thể hiện trong hình bên dưới:
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Tính động năng, tốc độ của êlectron khi chuyển động trong Ống Cu-lit-giơ.
+ Sau khi êlectron bị bứt ra khỏi catôt thì êlectron sẽ được tăng tốc bởi hiệu điện thế UAK.
+ Áp dụng công thức của định lí biến thiên động năng: ΔWđ = Wđ2 − Wđ1 = |eU|
+ Công thức động năng: \({{\text{W}}_{đ}}=\frac{1}{2}m{{v}^{2}}\)
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
Tia X là gì ?
Lời giải:
Tia X là sóng điện từ, có bước sóng từ 10-11 m đến 10-8 m.
Bài 2 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
Trình bày cấu tạo và hoạt động của ống Cu-lit-giơ.
Lời giải:
+ Ống Cu-lít-giơ là một ống thủy tinh bên trong là chân không, gồm một dây nung bằng vonfam FF' dùng làm nguồn êlectron và hai điện cực
+ 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 êlectron bay ra từ dây nung FF' sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt và catôt đến đập vào A (làm bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và có nhiệt độ nóng chảy cao) và làm cho A phát ra tia X.
Bài 3 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
Nêu các tính chất và tác dụng của tia X.
Lời giải:
· Các tính chất và tác dụng của tia X.
+ Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh, đây là tính chất nổi bật và quan trọng nhất của tia X. Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn, ta nói là nó càng cứng.
+ Tia X làm đen kính ảnh, nên dùng để chụp điện trong y tế.
+ Tia X làm phát quang một số chất.
+ Tia X làm ion hóa không khí.
+ Tia X có tác dụng sinh lí, nó hủy diệt tế bào, nên dùng chữa bệnh ung thư.
· Các tác dụng của tia X.
+ Ngoài một số công dụng chuẩn đoán và chữa trị một số bệnh trong y học, tia X còn được sử dụng trong công nghiệp để tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể.
+ Được sử dụng trong giao thông để kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay.
+ Sử dụng trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu thành phần và cấu trúc của vật rắn.
Bài 4 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
Nêu tên các sóng hoặc tia trong thang sóng điện từ theo thứ tự từ bước sóng ngắn đến bước sóng dài.
Lời 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.
Bài 5 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
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.
Lời giải: Chọn C.
Tia X có bước sóng từ 10-11 m đến 10-8 m có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của tia tử ngoại.
Bài 6 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một ống Cu-lít-giơ là 10 kV. Tính tốc độ và động năng cực đại của các êlectron, khi đập vào anôt.
Cho biết: khối lượng và điện tích của êlectron: me = 9,1.10-31 kg; e = – 1,6.10-19 C.
Lời giải:
Khi êlectron chuyển động về anôt, áp dụng định lí động năng ta có: ΔWđ = Wđ2 – Wđ1 = |eU|.
Do động năng ban đầu của êlectron không đáng kể, nên động năng của êlectron khi đến anôt là:
Wđ2max = |eU| = 1,6.10-19.10.103 = 1,6.10-15 J.
Tốc độ cực đại của các êlectron khi đập vào anôt là:
\(v=\sqrt{\frac{\text{2}{{\text{W}}_{đ2m\text{ax}}}}{m}}=\sqrt{\frac{2.1,{{6.10}^{-15}}\,}{9,{{1.10}^{-31}}}}\approx 0,{{593.10}^{8}}\,m/s=59300\,km/s.\)
Bài 7 (trang 146 SGK Vật Lí 12):
Một ống Cu-lít-giơ có công suất 400 W, hiệu điện thế giữa anôt và catôt có giá trị 10 kV. Hãy tính:
a) Cường độ dòng điện trung bình và số êlectron qua ống trong mỗi giây.
b) Nhiệt lượng tỏa ra trên anôt trong mỗi phút.
Lời giải:
a) Cường độ dòng điện trung bình qua ống là: \(\overline{I}=\frac{\overline{P}}{U}=\frac{400}{10000}=0,04\,A=40\,mA.\)
Số êlectron qua ống trong mỗi giây là: \(\bar{N}=\frac{{\bar{I}}}{e}=\frac{{{4.10}^{-2}}}{1,{{6.10}^{-19}}}=2,{{5.10}^{17}}\)êlectron/giây.
b) Nhiệt lượng tỏa ra trên anôt trong mỗi phút là: \(Q = \overline P .t = 400.60 = 24000\;\,{\rm{J}} = 24\,{\rm{kJ}}{\rm{.}}\)
Hy vọng bài "Tia X" giúp các em nắm chắc kiến thức trong quá trình học môn Vật lí lớp 12.