Заголовок: ВПР 2019 год по физике 11 класс. Вариант 1.
Комментарий:
Версия для копирования в MS Word
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем
РЕШУ ВПР — физика–11
Вариант № 91311

ВПР 2019 год по физике 11 класс. Вариант 1.

1.  
i

Про­чи­тай­те пе­ре­чень по­ня­тий, с ко­то­ры­ми Вы встре­ча­лись в курсе фи­зи­ки:

теп­ло­пе­ре­да­ча, удель­ная теп­ло­ем­кость, ско­рость, ин­тер­фе­рен­ция, ра­дио­ак­тив­ность, ко­ли­че­ство ве­ще­ства

Раз­де­ли­те эти по­ня­тия на две груп­пы по вы­бран­но­му Вами при­зна­ку. За­пи­ши­те в таб­ли­цу на­зва­ние каж­дой груп­пы и по­ня­тия, вхо­дя­щие в эту груп­пу.



На­зва­ние груп­пы по­ня­тийПе­ре­чень по­ня­тий
2.  
i

Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния о фи­зи­че­ских яв­ле­ни­ях, ве­ли­чи­нах и за­ко­но­мер­но­стях. За­пи­ши­те в ответ их но­ме­ра.

 

1)  Ма­те­ри­аль­ной точ­кой можно счи­тать тело, раз­ме­ра­ми ко­то­ро­го в усло­ви­ях дан­ной за­да­чи можно пре­не­бречь.

2)  Про­цесс диф­фу­зии не может на­блю­дать­ся в твёрдых телах.

3)  Мо­дуль сил вза­и­мо­дей­ствия двух не­по­движ­ных то­чеч­ных за­ря­дов в ва­ку­у­ме прямо про­пор­ци­о­на­лен квад­ра­ту рас­сто­я­ния между ними.

4)  Если за­мкну­тый про­во­дя­щий кон­тур по­ко­ит­ся в од­но­род­ном маг­нит­ном поле, то в нём воз­ни­ка­ет ин­дук­ци­он­ный ток.

5)  В ней­траль­ном атоме число про­то­нов в ядре равно числу элек­тро­нов в элек­трон­ной обо­лоч­ке атома.

3.  
i

Каж­до­му че­ло­ве­че­ско­му ор­га­ну со­от­вет­ству­ет опре­делённая соб­ствен­ная ча­сто­та сво­бод­ных ко­ле­ба­ний: для же­луд­ка эта ча­сто­та лежит в ин­тер­ва­ле от 2 до 3 Гц, для серд­ца  — от 1 до 6 Гц, для глаз  — от 40 до 100 Гц и т. д. Воз­дей­ствие ин­фра­зву­ко­вых волн опре­делённых ча­стот может при­ве­сти к по­вре­жде­ни­ям внут­рен­них ор­га­нов, ор­га­нов эн­до­крин­ной си­сте­мы и др. Какое яв­ле­ние про­яв­ля­ет­ся в этих слу­ча­ях?

4.  
i

Про­чи­тай­те текст и вставь­те на место про­пус­ков слова (сло­во­со­че­та­ния) из при­ведённого спис­ка.

 

При де­мон­стра­ции свойств воз­душ­но­го кон­ден­са­то­ра (см. рис.) одна из его об­кла­док была со­еди­не­на со стерж­нем __________________________________ и за­ря­же­на, а дру­гая, при­креплённая к ручке и со­единённая с за­землённым кор­пу­сом, также ока­за­лась за­ря­жен­ной вслед­ствие яв­ле­ния _____________________________________. При вве­де­нии в про­стран­ство между пла­сти­на­ми листа плек­си­гла­са стрел­ка опу­сти­лась, по­то­му что ёмкость си­сте­мы двух пла­стин, раз­делённых ____________________________, уве­ли­чи­лась.

Спи­сок слов (сло­во­со­че­та­ний)

1)  галь­ва­но­мет­ра

2)  элек­тро­мет­ра

3)  элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции

4)  элек­тро­ста­ти­че­ской ин­дук­ции

5)  про­вод­ни­ком

6)  ди­элек­три­ком

5.  
i

К мо­мен­ту окон­ча­ния сго­ра­ния за­ря­да дым­но­го по­ро­ха ядро про­дви­ну­лось в ство­ле пушки на 2/3 его длины (см. ри­су­нок).

Как с этого мо­мен­та и до вы­ле­та ядра из ство­ла из­ме­ня­лись им­пульс ядра, плот­ность и тем­пе­ра­ту­ра по­ро­хо­вых газов. Теп­ло­об­ме­ном между ство­лом пушки и по­ро­хо­вы­ми га­за­ми пре­не­бречь.

Для каж­дой ве­ли­чи­ны опре­де­ли­те со­от­вет­ству­ю­щий ха­рак­тер её из­ме­не­ния:

1)  уве­ли­чит­ся;

2)  умень­шит­ся;

3)  не из­ме­нит­ся.

 

Им­пульс ядраПлот­ность по­ро­хо­вых газовТем­пе­ра­ту­ра по­ро­хо­вых газов
6.  
i

Маг­нит­ная стрел­ка за­фик­си­ро­ва­на (се­вер­ный полюс за­темнён, см. рис.). К стрел­ке под­нес­ли силь­ный по­сто­ян­ный по­ло­со­вой маг­нит, затем осво­бо­ди­ли стрел­ку, она по­вер­ну­лась и оста­но­ви­лась в новом по­ло­же­нии. Ука­жи­те, в каком на­прав­ле­нии будет по­вер­нут се­вер­ный полюс маг­нит­ной стрел­ки: влево, впра­во, вверх, вниз.

7.  
i

В про­цес­се одной из ядер­ных ре­ак­ций уг­ле­род­но-азот­но­го цикла в нед­рах звёзд кис­ло­род пре­вра­ща­ет­ся во фтор:

_8 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 16 пра­вая круг­лая скоб­ка O плюс X arrow _9 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 17 пра­вая круг­лая скоб­ка F плюс гамма

С какой ча­сти­цей X вза­и­мо­дей­ству­ет ядро кис­ло­ро­да в про­цес­се этой ре­ак­ции? На­зва­ние ча­сти­цы за­пи­ши­те сло­вом.

8.  
i

На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти ско­ро­сти ве­ло­си­пе­ди­ста υ от вре­ме­ни t. Участ­ки AE на гра­фи­ке со­от­вет­ству­ют участ­кам пути, прой­ден­ным за оди­на­ко­вые про­ме­жут­ки вре­ме­ни.

Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния, со­от­вет­ству­ю­щих дан­ным гра­фи­ка. За­пи­ши­те в ответ их но­ме­ра.

1)  На участ­ке D ве­ло­си­пе­дист пре­одо­лел мак­си­маль­ное рас­сто­я­ние по срав­не­нию с осталь­ны­ми участ­ка­ми пути.

2)  На участ­ке А ве­ло­си­пе­дист дви­гал­ся рав­но­мер­но.

3)  На участ­ках B и D рав­но­дей­ству­ю­щая сил, дей­ству­ю­щих на ве­ло­си­пе­ди­ста, оста­ва­лась не­из­мен­ной и от­лич­ной от нуля.

4)  На участ­ке E ве­ло­си­пе­дист дви­гал­ся с мак­си­маль­ным по мо­ду­лю уско­ре­ни­ем.

5)  На участ­ке C уско­ре­ние ве­ло­си­пе­ди­ста сна­ча­ла уве­ли­чи­ва­лось, а затем умень­ша­лось.

9.  
i

Иде­аль­ны­ми усло­ви­я­ми для со­хран­но­сти экс­по­на­тов яв­ля­ет­ся под­дер­жа­ние еди­но­го тем­пе­ра­тур­но-влаж­ност­но­го ре­жи­ма в залах и хра­ни­ли­ще музея. Со­глас­но тех­но­ло­ги­че­ским нор­мам па­ра­мет­ры воз­ду­ха в этих по­ме­ще­ни­ях долж­ны быть сле­ду­ю­щи­ми: воз­мож­но ко­ле­ба­ние тем­пе­ра­ту­ры от 16 °C зимой до 24 °C летом. При этом от­но­си­тель­ную влаж­ность воз­ду­ха не­об­хо­ди­мо под­дер­жи­вать в пре­де­лах (55 ± 5)%. Пси­хро­мет­ри­че­ский гиг­ро­метр, помещённый в хра­ни­ли­ще музея, даёт по­ка­за­ния су­хо­го тер­мо­мет­ра 22 °C. При каких по­ка­за­ни­ях влаж­но­го тер­мо­мет­ра тре­бо­ва­ния к ука­зан­ным нор­мам будут со­блю­де­ны?

Для ре­ше­ния ис­поль­зуй­те дан­ные пси­хро­мет­ри­че­ской таб­ли­цы.

Пси­хро­мет­ри­че­ская таб­ли­ца

По­ка­за­ния су­хо­го
тер­мо­мет­ра, °С
Раз­ность по­ка­за­ний су­хо­го и влаж­но­го тер­мо­мет­ра, °С
012345678910
От­но­си­тель­ная влаж­ность, %

01008163452811
21008468513520
4100857056422841
610086736047352310
8100877563514028187
1010088766554443424145
12100897868574838292011
141008979706051423425179
1610090817162544637302215
1810091827365564941342720
2010091837466595144373024
2210092837668615447403428
2410092847769625649433731
2610092857871645851464034
2810093857872655953484237
3010093867973676155504439
10.  
i

За­пи­ши­те ре­зуль­тат из­ме­ре­ния элек­три­че­ско­го на­пря­же­ния (см. рис.), учи­ты­вая, что по­греш­ность из­ме­ре­ния равна цене де­ле­ния вольт­мет­ра.

За­пи­ши­те в ответ по­ка­за­ния вольт­мет­ра с учётом по­греш­но­сти из­ме­ре­ний. В от­ве­те ука­жи­те зна­че­ние и по­греш­ность из­ме­ре­ния слит­но без про­бе­ла.

11.  
i

Учи­тель на уроке про­де­лал сле­ду­ю­щий опыт. Он по­ста­вил на те­леж­ку сосуд с водой, из ко­то­ро­го вода ка­па­ет в дру­гой сосуд с узким гор­лыш­ком, раз­мещённый на той же те­леж­ке (см. рис.).

Учи­тель об­ра­тил вни­ма­ние уча­щих­ся на тот факт, что капли оди­на­ко­во по­па­да­ют в под­став­лен­ный сосуд и тогда, когда те­леж­ка по­ко­ит­ся от­но­си­тель­но де­мон­стра­ци­он­но­го стола, и тогда, когда она дви­жет­ся рав­но­мер­но и пря­мо­ли­ней­но от­но­си­тель­но стола. С какой целью был про­ведён дан­ный опыт?

12.  
i

В ка­туш­ку ин­дук­тив­но­сти вно­сят маг­нит. При этом в её об­мот­ке воз­ни­ка­ет ин­дук­ци­он­ный ток. Вам не­об­хо­ди­мо ис­сле­до­вать, за­ви­сит ли на­прав­ле­ние ин­дук­ци­он­но­го тока, воз­ни­ка­ю­ще­го в ка­туш­ке, от ве­ли­чи­ны мо­ду­ля век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции, про­ни­зы­ва­ю­ще­го ка­туш­ку. Име­ет­ся сле­ду­ю­щее обо­ру­до­ва­ние (см. рис.):

 

− ка­туш­ка ин­дук­тив­но­сти;

− ам­пер­метр (на шкале ко­то­ро­го «0» по­се­ре­ди­не);

− три оди­на­ко­вых по­ло­со­вых маг­ни­та;

− со­еди­ни­тель­ные про­во­да.

 

В от­ве­те:

1.  Опи­ши­те экс­пе­ри­мен­таль­ную уста­нов­ку.

2.  Опи­ши­те по­ря­док дей­ствий при про­ве­де­нии ис­сле­до­ва­ния.

13.  
i

Уста­но­ви­те со­от­вет­ствие между устрой­ства­ми и фи­зи­че­ски­ми яв­ле­ни­я­ми, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся в этих устрой­ствах. Для каж­до­го устрой­ства из пер­во­го столб­ца под­бе­ри­те со­от­вет­ству­ю­щее фи­зи­че­ское яв­ле­ние из вто­ро­го столб­ца.

УСТРОЙ­СТВА

А)  масс-спек­тро­метр

Б)  элек­тро­дви­га­тель по­сто­ян­но­го тока

ФИ­ЗИ­ЧЕ­СКИЕ ЯВ­ЛЕ­НИЯ

1)  дей­ствие маг­нит­но­го поля на дви­жу­щу­ю­ся за­ря­жен­ную ча­сти­цу

2)  дей­ствие маг­нит­но­го поля на про­вод­ник с током

3)  вза­и­мо­дей­ствие по­сто­ян­ных маг­ни­тов

4)  вза­и­мо­дей­ствие не­по­движ­ных за­ря­жен­ных ча­стиц

За­пи­ши­те в таб­ли­цу вы­бран­ные цифры под со­от­вет­ству­ю­щи­ми бук­ва­ми.

AБ
14.  
i

Про­чи­тай­те фраг­мент тех­ни­че­ско­го опи­са­ния цен­тро­беж­но­го на­со­са и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Цен­тро­беж­ный насос

Цен­тро­беж­ный насос со­сто­ит из двух ос­нов­ных ча­стей: элек­тро­дви­га­те­ля и ка­ме­ры с крыль­чат­кой. Крыль­чат­ка, вра­ща­ясь с ча­сто­той 2800 об/мин. (около 47 Гц), от­бра­сы­ва­ет воду к пе­ри­фе­рии ка­ме­ры, где рас­по­ло­жен на­гне­та­тель­ный па­тру­бок (труб­ка). При этом создаётся раз­ре­же­ние по цен­тру, где рас­по­ло­жен вса­сы­ва­ю­щий па­тру­бок, со­единённый тру­бой с ар­те­зи­ан­ской сква­жи­ной. Насос рас­счи­тан на глу­би­ну вса­сы­ва­ния до 8 м.

Насос спо­со­бен ра­бо­тать дли­тель­ное время бла­го­да­ря на­ли­чию спе­ци­аль­ной за­щи­ты от пе­ре­гре­ва. Мак­си­маль­ный со­зда­ва­е­мый напор воды  — 20 м, про­из­во­ди­тель­ность  — 2,9 м3/ч. Насос от­но­сит­ся к клас­су эко­но­мич­но­го обо­ру­до­ва­ния, по­треб­ля­е­мая мощ­ность  — 370 Вт, на­пря­же­ние  — 220 В. Для круг­ло­го­дич­но­го за­бо­ра воды насос по­ме­ща­ют в утеплённый при­я­мок, за­глуб­лен­ный ниже уров­ня про­мер­за­ния грун­та.

 

Пра­ви­ла мон­та­жа и экс­плу­а­та­ции

1.  Мон­таж осу­ществ­ля­ет­ся при плю­со­вой тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха.

2.  За­пре­ща­ет­ся экс­плу­а­та­ция без устрой­ства за­зем­ле­ния1.

3.  Нель­зя при­ка­сать­ся к кор­пу­су ра­бо­та­ю­ще­го на­со­са.

4.  Не­об­хо­ди­мо предо­хра­нять элек­тро­дви­га­тель от по­па­да­ния в него воды.

 

По­че­му нель­зя экс­плу­а­ти­ро­вать насос при от­ри­ца­тель­ных тем­пе­ра­ту­рах?

15.  
i

Про­чи­тай­те фраг­мент тех­ни­че­ско­го опи­са­ния цен­тро­беж­но­го на­со­са и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Цен­тро­беж­ный насос

Цен­тро­беж­ный насос со­сто­ит из двух ос­нов­ных ча­стей: элек­тро­дви­га­те­ля и ка­ме­ры с крыль­чат­кой. Крыль­чат­ка, вра­ща­ясь с ча­сто­той 2800 об/мин. (около 47 Гц), от­бра­сы­ва­ет воду к пе­ри­фе­рии ка­ме­ры, где рас­по­ло­жен на­гне­та­тель­ный па­тру­бок (труб­ка). При этом создаётся раз­ре­же­ние по цен­тру, где рас­по­ло­жен вса­сы­ва­ю­щий па­тру­бок, со­единённый тру­бой с ар­те­зи­ан­ской сква­жи­ной. Насос рас­счи­тан на глу­би­ну вса­сы­ва­ния до 8 м.

Насос спо­со­бен ра­бо­тать дли­тель­ное время бла­го­да­ря на­ли­чию спе­ци­аль­ной за­щи­ты от пе­ре­гре­ва. Мак­си­маль­ный со­зда­ва­е­мый напор воды  — 20 м, про­из­во­ди­тель­ность  — 2,9 м3/ч. Насос от­но­сит­ся к клас­су эко­но­мич­но­го обо­ру­до­ва­ния, по­треб­ля­е­мая мощ­ность  — 370 Вт, на­пря­же­ние  — 220 В. Для круг­ло­го­дич­но­го за­бо­ра воды насос по­ме­ща­ют в утеплённый при­я­мок, за­глуб­лен­ный ниже уров­ня про­мер­за­ния грун­та.

 

Пра­ви­ла мон­та­жа и экс­плу­а­та­ции

1.  Мон­таж осу­ществ­ля­ет­ся при плю­со­вой тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха.

2.  За­пре­ща­ет­ся экс­плу­а­та­ция без устрой­ства за­зем­ле­ния1.

3.  Нель­зя при­ка­сать­ся к кор­пу­су ра­бо­та­ю­ще­го на­со­са.

4.  Не­об­хо­ди­мо предо­хра­нять элек­тро­дви­га­тель от по­па­да­ния в него воды.

 

По­че­му за­зем­ле­ние вы­пол­ня­ют в виде сталь­но­го про­во­да боль­шо­го се­че­ния?

16.  
i

Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние

Рент­ге­нов­ские лучи (пер­во­на­чаль­но на­зван­ные Х-лу­ча­ми) были от­кры­ты в 1895 г. не­мец­ким фи­зи­ком Рент­ге­ном. От­крыв Х-лучи, Рент­ген тща­тель­ны­ми опы­та­ми вы­яс­нил усло­вия их об­ра­зо­ва­ния. Он уста­но­вил, что эти лучи воз­ни­ка­ют при тор­мо­же­нии на ве­ще­стве быст­ро ле­тя­щих элек­тро­нов. Ис­хо­дя из этого об­сто­я­тель­ства, Рент­ген скон­стру­и­ро­вал и по­стро­ил спе­ци­аль­ную труб­ку, удоб­ную для по­лу­че­ния рент­ге­нов­ских лучей (см. рис. 1).

Рис. 1. Рент­ге­нов­ская труб­ка

Рент­ге­нов­ские труб­ки пред­став­ля­ют собой стек­лян­ные ва­ку­ум­ные бал­ло­ны с рас­по­ло­жен­ны­ми внут­ри элек­тро­да­ми. Раз­ность по­тен­ци­а­лов на элек­тро­дах нужна очень вы­со­кая  — до сотен ки­ло­вольт. На воль­фра­мо­вом ка­то­де, по­до­гре­ва­е­мом током, про­ис­хо­дит тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия, то есть с него ис­пус­ка­ют­ся элек­тро­ны, ко­то­рые, уско­ря­ясь элек­три­че­ским полем, «бом­бар­ди­ру­ют» анод. В ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия быст­рых элек­тро­нов с ато­ма­ми анода рож­да­ют­ся фо­то­ны рент­ге­нов­ско­го диа­па­зо­на.

Было уста­нов­ле­но, что чем мень­ше длина волны рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, тем боль­ше про­ни­ка­ю­щая спо­соб­ность лучей. Рент­ген на­звал лучи с вы­со­кой про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью (слабо по­гло­ща­ю­щи­е­ся ве­ще­ством) жёстки­ми.

Раз­ли­ча­ют тор­моз­ное и ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние. Элек­тро­ны могут, встре­ча­ясь с ано­дом, тор­мо­зить­ся, то есть те­рять энер­гию в элек­три­че­ских полях его ато­мов. Эта энер­гия из­лу­ча­ет­ся в виде рент­ге­нов­ских фо­то­нов. Такое из­лу­че­ние на­зы­ва­ет­ся тор­моз­ным. Тор­моз­ное из­лу­че­ние со­дер­жит фо­то­ны раз­ных ча­стот и, со­от­вет­ствен­но, длин волн. По­это­му спектр его яв­ля­ет­ся сплош­ным (не­пре­рыв­ным). Энер­гия из­лу­ча­е­мо­го фо­то­на не может пре­вы­шать ки­не­ти­че­скую энер­гию по­рож­да­ю­ще­го его элек­тро­на. Ки­не­ти­че­ская же энер­гия элек­тро­нов за­ви­сит от при­ло­жен­ной к элек­тро­дам раз­но­сти по­тен­ци­а­лов.

Ме­ха­низм по­лу­че­ния ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го из­лу­че­ния сле­ду­ю­щий. Быст­рый элек­трон может про­ник­нуть внутрь атома и вы­бить какой-либо элек­трон с одной из ниж­них ор­би­та­лей, то есть пе­ре­дать ему энер­гию, до­ста­точ­ную для пре­одо­ле­ния по­тен­ци­аль­но­го ба­рье­ра. Об­ра­зо­вав­ша­я­ся в ре­зуль­та­те вы­би­ва­ния ва­кан­сия за­пол­ня­ет­ся элек­тро­ном с од­но­го из вы­ше­ле­жа­щих уров­ней. За­ни­мая более низ­кий уро­вень, элек­трон из­лу­ча­ет из­ли­шек энер­гии в форме кван­та ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. Наи­бо­лее быст­рые элек­тро­ны могут вы­бить элек­трон с K-обо­лоч­ки, менее быст­рые  — с L-обо­лоч­ки и т. д. (рис. 2а).

Элек­трон­ная струк­ту­ра атома  — это дис­крет­ный набор воз­мож­ных энер­ге­ти­че­ских со­сто­я­ний элек­тро­нов. По­это­му рент­ге­нов­ские фо­то­ны, из­лу­ча­е­мые в про­цес­се за­ме­ще­ния элек­трон­ных ва­кан­сий, также могут иметь толь­ко стро­го опре­делённые зна­че­ния энер­гии, со­от­вет­ству­ю­щие раз­но­сти уров­ней. Вслед­ствие этого ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние об­ла­да­ет спек­тром не сплош­но­го, а ли­ней­ча­то­го вида. Такой спектр поз­во­ля­ет ха­рак­те­ри­зо­вать ве­ще­ство анода  — от­сю­да и на­зва­ние этих лучей. На рис. 2б по­ка­зан ха­рак­те­ри­сти­че­ский спектр на фоне тор­моз­но­го спек­тра.

Рис. 2а. Схема об­ра­зо­ва­ния линий ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го спек­тра

Рис. 2б. Рент­ге­нов­ский спектр (тор­моз­ной и ха­рак­те­ри­сти­че­ский)

Вставь­те в пред­ло­же­ние про­пу­щен­ные слова (со­че­та­ния слов), ис­поль­зуя ин­фор­ма­цию из тек­ста.

 

Чем мень­ше ________________________________________ рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, тем боль­ше про­ни­ка­ю­щая спо­соб­ность лучей. Рент­ге­нов­ские лучи, ко­то­рые слабо по­гло­ща­ют­ся при про­хож­де­нии ве­ще­ства, на­зы­ва­ют­ся_____________________________.

 

В ответ за­пи­ши­те слова (со­че­та­ния слов) по по­ряд­ку, без до­пол­ни­тель­ных сим­во­лов.

17.  
i

Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние

Рент­ге­нов­ские лучи (пер­во­на­чаль­но на­зван­ные Х-лу­ча­ми) были от­кры­ты в 1895 г. не­мец­ким фи­зи­ком Рент­ге­ном. От­крыв Х-лучи, Рент­ген тща­тель­ны­ми опы­та­ми вы­яс­нил усло­вия их об­ра­зо­ва­ния. Он уста­но­вил, что эти лучи воз­ни­ка­ют при тор­мо­же­нии на ве­ще­стве быст­ро ле­тя­щих элек­тро­нов. Ис­хо­дя из этого об­сто­я­тель­ства, Рент­ген скон­стру­и­ро­вал и по­стро­ил спе­ци­аль­ную труб­ку, удоб­ную для по­лу­че­ния рент­ге­нов­ских лучей (см. рис. 1).

Рис. 1. Рент­ге­нов­ская труб­ка

Рент­ге­нов­ские труб­ки пред­став­ля­ют собой стек­лян­ные ва­ку­ум­ные бал­ло­ны с рас­по­ло­жен­ны­ми внут­ри элек­тро­да­ми. Раз­ность по­тен­ци­а­лов на элек­тро­дах нужна очень вы­со­кая  — до сотен ки­ло­вольт. На воль­фра­мо­вом ка­то­де, по­до­гре­ва­е­мом током, про­ис­хо­дит тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия, то есть с него ис­пус­ка­ют­ся элек­тро­ны, ко­то­рые, уско­ря­ясь элек­три­че­ским полем, «бом­бар­ди­ру­ют» анод. В ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия быст­рых элек­тро­нов с ато­ма­ми анода рож­да­ют­ся фо­то­ны рент­ге­нов­ско­го диа­па­зо­на.

Было уста­нов­ле­но, что чем мень­ше длина волны рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, тем боль­ше про­ни­ка­ю­щая спо­соб­ность лучей. Рент­ген на­звал лучи с вы­со­кой про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью (слабо по­гло­ща­ю­щи­е­ся ве­ще­ством) жёстки­ми.

Раз­ли­ча­ют тор­моз­ное и ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние. Элек­тро­ны могут, встре­ча­ясь с ано­дом, тор­мо­зить­ся, то есть те­рять энер­гию в элек­три­че­ских полях его ато­мов. Эта энер­гия из­лу­ча­ет­ся в виде рент­ге­нов­ских фо­то­нов. Такое из­лу­че­ние на­зы­ва­ет­ся тор­моз­ным. Тор­моз­ное из­лу­че­ние со­дер­жит фо­то­ны раз­ных ча­стот и, со­от­вет­ствен­но, длин волн. По­это­му спектр его яв­ля­ет­ся сплош­ным (не­пре­рыв­ным). Энер­гия из­лу­ча­е­мо­го фо­то­на не может пре­вы­шать ки­не­ти­че­скую энер­гию по­рож­да­ю­ще­го его элек­тро­на. Ки­не­ти­че­ская же энер­гия элек­тро­нов за­ви­сит от при­ло­жен­ной к элек­тро­дам раз­но­сти по­тен­ци­а­лов.

Ме­ха­низм по­лу­че­ния ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го из­лу­че­ния сле­ду­ю­щий. Быст­рый элек­трон может про­ник­нуть внутрь атома и вы­бить какой-либо элек­трон с одной из ниж­них ор­би­та­лей, то есть пе­ре­дать ему энер­гию, до­ста­точ­ную для пре­одо­ле­ния по­тен­ци­аль­но­го ба­рье­ра. Об­ра­зо­вав­ша­я­ся в ре­зуль­та­те вы­би­ва­ния ва­кан­сия за­пол­ня­ет­ся элек­тро­ном с од­но­го из вы­ше­ле­жа­щих уров­ней. За­ни­мая более низ­кий уро­вень, элек­трон из­лу­ча­ет из­ли­шек энер­гии в форме кван­та ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. Наи­бо­лее быст­рые элек­тро­ны могут вы­бить элек­трон с K-обо­лоч­ки, менее быст­рые  — с L-обо­лоч­ки и т. д. (рис. 2а).

Элек­трон­ная струк­ту­ра атома  — это дис­крет­ный набор воз­мож­ных энер­ге­ти­че­ских со­сто­я­ний элек­тро­нов. По­это­му рент­ге­нов­ские фо­то­ны, из­лу­ча­е­мые в про­цес­се за­ме­ще­ния элек­трон­ных ва­кан­сий, также могут иметь толь­ко стро­го опре­делённые зна­че­ния энер­гии, со­от­вет­ству­ю­щие раз­но­сти уров­ней. Вслед­ствие этого ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние об­ла­да­ет спек­тром не сплош­но­го, а ли­ней­ча­то­го вида. Такой спектр поз­во­ля­ет ха­рак­те­ри­зо­вать ве­ще­ство анода  — от­сю­да и на­зва­ние этих лучей. На рис. 2б по­ка­зан ха­рак­те­ри­сти­че­ский спектр на фоне тор­моз­но­го спек­тра.

Рис. 2а. Схема об­ра­зо­ва­ния линий ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го спек­тра

Рис. 2б. Рент­ге­нов­ский спектр (тор­моз­ной и ха­рак­те­ри­сти­че­ский)

На рис. 2а схе­ма­ти­че­ски пред­став­ле­но об­ра­зо­ва­ние линий ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го спек­тра при вы­би­ва­нии элек­тро­нов с ниж­них ор­би­та­лей. Для вы­би­ва­нии элек­тро­на с какой ор­би­та­ли (K, L или M) не­об­хо­ди­ма наи­боль­шая энер­гия?

18.  
i

Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние

Рент­ге­нов­ские лучи (пер­во­на­чаль­но на­зван­ные Х-лу­ча­ми) были от­кры­ты в 1895 г. не­мец­ким фи­зи­ком Рент­ге­ном. От­крыв Х-лучи, Рент­ген тща­тель­ны­ми опы­та­ми вы­яс­нил усло­вия их об­ра­зо­ва­ния. Он уста­но­вил, что эти лучи воз­ни­ка­ют при тор­мо­же­нии на ве­ще­стве быст­ро ле­тя­щих элек­тро­нов. Ис­хо­дя из этого об­сто­я­тель­ства, Рент­ген скон­стру­и­ро­вал и по­стро­ил спе­ци­аль­ную труб­ку, удоб­ную для по­лу­че­ния рент­ге­нов­ских лучей (см. рис. 1).

Рис. 1. Рент­ге­нов­ская труб­ка

Рент­ге­нов­ские труб­ки пред­став­ля­ют собой стек­лян­ные ва­ку­ум­ные бал­ло­ны с рас­по­ло­жен­ны­ми внут­ри элек­тро­да­ми. Раз­ность по­тен­ци­а­лов на элек­тро­дах нужна очень вы­со­кая  — до сотен ки­ло­вольт. На воль­фра­мо­вом ка­то­де, по­до­гре­ва­е­мом током, про­ис­хо­дит тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия, то есть с него ис­пус­ка­ют­ся элек­тро­ны, ко­то­рые, уско­ря­ясь элек­три­че­ским полем, «бом­бар­ди­ру­ют» анод. В ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия быст­рых элек­тро­нов с ато­ма­ми анода рож­да­ют­ся фо­то­ны рент­ге­нов­ско­го диа­па­зо­на.

Было уста­нов­ле­но, что чем мень­ше длина волны рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, тем боль­ше про­ни­ка­ю­щая спо­соб­ность лучей. Рент­ген на­звал лучи с вы­со­кой про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью (слабо по­гло­ща­ю­щи­е­ся ве­ще­ством) жёстки­ми.

Раз­ли­ча­ют тор­моз­ное и ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние. Элек­тро­ны могут, встре­ча­ясь с ано­дом, тор­мо­зить­ся, то есть те­рять энер­гию в элек­три­че­ских полях его ато­мов. Эта энер­гия из­лу­ча­ет­ся в виде рент­ге­нов­ских фо­то­нов. Такое из­лу­че­ние на­зы­ва­ет­ся тор­моз­ным. Тор­моз­ное из­лу­че­ние со­дер­жит фо­то­ны раз­ных ча­стот и, со­от­вет­ствен­но, длин волн. По­это­му спектр его яв­ля­ет­ся сплош­ным (не­пре­рыв­ным). Энер­гия из­лу­ча­е­мо­го фо­то­на не может пре­вы­шать ки­не­ти­че­скую энер­гию по­рож­да­ю­ще­го его элек­тро­на. Ки­не­ти­че­ская же энер­гия элек­тро­нов за­ви­сит от при­ло­жен­ной к элек­тро­дам раз­но­сти по­тен­ци­а­лов.

Ме­ха­низм по­лу­че­ния ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го из­лу­че­ния сле­ду­ю­щий. Быст­рый элек­трон может про­ник­нуть внутрь атома и вы­бить какой-либо элек­трон с одной из ниж­них ор­би­та­лей, то есть пе­ре­дать ему энер­гию, до­ста­точ­ную для пре­одо­ле­ния по­тен­ци­аль­но­го ба­рье­ра. Об­ра­зо­вав­ша­я­ся в ре­зуль­та­те вы­би­ва­ния ва­кан­сия за­пол­ня­ет­ся элек­тро­ном с од­но­го из вы­ше­ле­жа­щих уров­ней. За­ни­мая более низ­кий уро­вень, элек­трон из­лу­ча­ет из­ли­шек энер­гии в форме кван­та ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. Наи­бо­лее быст­рые элек­тро­ны могут вы­бить элек­трон с K-обо­лоч­ки, менее быст­рые  — с L-обо­лоч­ки и т. д. (рис. 2а).

Элек­трон­ная струк­ту­ра атома  — это дис­крет­ный набор воз­мож­ных энер­ге­ти­че­ских со­сто­я­ний элек­тро­нов. По­это­му рент­ге­нов­ские фо­то­ны, из­лу­ча­е­мые в про­цес­се за­ме­ще­ния элек­трон­ных ва­кан­сий, также могут иметь толь­ко стро­го опре­делённые зна­че­ния энер­гии, со­от­вет­ству­ю­щие раз­но­сти уров­ней. Вслед­ствие этого ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние об­ла­да­ет спек­тром не сплош­но­го, а ли­ней­ча­то­го вида. Такой спектр поз­во­ля­ет ха­рак­те­ри­зо­вать ве­ще­ство анода  — от­сю­да и на­зва­ние этих лучей. На рис. 2б по­ка­зан ха­рак­те­ри­сти­че­ский спектр на фоне тор­моз­но­го спек­тра.

Рис. 2а. Схема об­ра­зо­ва­ния линий ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го спек­тра

Рис. 2б. Рент­ге­нов­ский спектр (тор­моз­ной и ха­рак­те­ри­сти­че­ский)

На рис. 2б в тек­сте пред­став­лен спектр рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. Из­ме­нит­ся ли и если из­ме­нит­ся, то как зна­че­ние длины волны λmin при уве­ли­че­нии на­пря­же­ния на рент­ге­нов­ской труб­ке? Ответ по­яс­ни­те.