Номер 3, страница 205 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

3. Как определить частоту тормозного рентгеновского излучения?

2. Какими свойствами обладают рентгеновские лучи?

Рентгеновские лучи, являясь электромагнитным излучением с длиной волны в диапазоне от $10^{-12}$ до $10^{-8}$ м, обладают следующими основными свойствами.
1. Высокая проникающая способность: способность проходить сквозь материалы, непрозрачные для видимого света. Степень проникновения зависит от плотности вещества и энергии излучения. Это свойство лежит в основе медицинской рентгенографии и промышленной дефектоскопии.
2. Ионизирующая способность: энергия квантов рентгеновского излучения достаточна для ионизации атомов и молекул вещества, то есть для выбивания из них электронов. Это свойство обуславливает биологическое действие излучения.
3. Способность вызывать люминесценцию: некоторые вещества (люминофоры) начинают светиться под действием рентгеновских лучей. Это используется во флуоресцентных экранах для визуализации изображения.
4. Фотохимическое действие: подобно видимому свету, рентгеновские лучи вызывают почернение фотоэмульсий, что исторически было первым методом их регистрации.
5. Прямолинейное распространение: в однородной среде лучи распространяются по прямым линиям.
6. Отсутствие отклонения в полях: так как рентгеновские фотоны не имеют электрического заряда, они не отклоняются в электрических и магнитных полях.
7. Волновые свойства: рентгеновские лучи могут испытывать интерференцию и дифракцию. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллических решетках является мощным методом исследования структуры вещества (рентгеноструктурный анализ).
8. Биологическое действие: ионизация атомов в живых тканях может приводить к повреждению или гибели клеток. Это свойство используется в лучевой терапии для лечения злокачественных опухолей, но также требует строгих мер радиационной безопасности.

Ответ: Основными свойствами рентгеновских лучей являются высокая проникающая и ионизирующая способность, способность вызывать люминесценцию, фотохимическое и выраженное биологическое действие. Они не отклоняются в электрических и магнитных полях и проявляют волновые свойства, в частности дифракцию.

3. Как определить частоту тормозного рентгеновского излучения?

Решение

Тормозное рентгеновское излучение возникает при резком торможении быстрых заряженных частиц, например, электронов, в веществе (в рентгеновской трубке — в материале анода). При этом кинетическая энергия электрона превращается в энергию фотона рентгеновского излучения.

Спектр тормозного излучения является сплошным, поскольку электрон при торможении может потерять любую часть своей энергии, от нуля до полной своей кинетической энергии. Следовательно, можно говорить о максимальной частоте в этом спектре.

Максимальная частота $\nu_{max}$ (и соответствующая ей максимальная энергия фотона $E_{ф, max}$) возникает в том случае, когда электрон при одном акте взаимодействия полностью теряет свою кинетическую энергию $E_к$, которая целиком переходит в энергию одного испущенного фотона.

Кинетическая энергия электрона, ускоренного в рентгеновской трубке напряжением $U$, равна: $E_к = eU$ где $e$ — элементарный заряд (заряд электрона), а $U$ — ускоряющее напряжение.

Энергия фотона связана с его частотой $\nu$ формулой Планка: $E_{ф} = h\nu$ где $h$ — постоянная Планка.

Приравнивая максимальную энергию фотона кинетической энергии электрона, получаем: $E_{ф, max} = E_к$ $h\nu_{max} = eU$

Отсюда можно выразить максимальную частоту тормозного рентгеновского излучения: $\nu_{max} = \frac{eU}{h}$

Эта частота является верхней границей сплошного рентгеновского спектра и называется коротковолновой границей, так как ей соответствует минимально возможная длина волны $\lambda_{min} = c/\nu_{max}$.

Ответ: Максимальную частоту $\nu_{max}$ сплошного спектра тормозного рентгеновского излучения определяют из условия, что вся кинетическая энергия $eU$ ускоренного электрона переходит в энергию одного фотона $h\nu_{max}$. Частота находится по формуле $\nu_{max} = \frac{eU}{h}$, где $U$ — ускоряющее напряжение, $e$ — заряд электрона, $h$ — постоянная Планка.