الفيزياء · الصف الثاني الثانوي
أسئلة: الأشعة السينية
12 سؤال اختيار من متعدد و6 سؤال مقالي بنموذج إجابة، لمراجعة درس «الأشعة السينية» من الفيزياء (الصف الثاني الثانوي). راجع الأسئلة أدناه، أو اختبر نفسك فورًا.
اختبار سريع من 10 أسئلة عشوائية من بنك الأسئلة أعلاه — تُخلط الأسئلة والاختيارات في كل مرة، فلن يتكرر الاختبار بنفس الترتيب.
اختيار من متعدد
ما الغرض الأساسي من استخدام مصعد معدني من التنجستن في أنبوبة إنتاج الأشعة السينية؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: لأن درجة انصهاره عالية ويتحمل الحرارة الهائلة الناتجة عن اصطدام الإلكترونات
يفقد الإلكترون السريع معظم طاقته في صورة حرارة عند الاصطدام بالمصعد، لذا يُفضل التنجستن لارتفاع درجة انصهاره.
ما السبب المباشر لتكوين الطيف المستمر (الإشعاع المكابح) للأشعة السينية؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: تباطؤ الإلكترونات المتسارعة نتيجة اقترابها من نوى ذرات المصعد
المجال الكهربي للنواة يُبطئ الإلكترون المفاجئ ويجعله يُصدر جزءًا من طاقته كفوتون أشعة سينية مستمر.
على ماذا يعتمد الحد الأدنى لطول الموجة في طيف الأشعة السينية الناتجة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: جهد تسارع الأنبوبة فقط
من قانون ديوان-هَنت ، يعتمد الطول الموجي الأقصر على جهد التسارع الثابت ولا يتأثر بمادة المصعد.
كيف يتكون الطيف الخطي المميز للأشعة السينية؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: من انتقالات إلكترونية بين مستويات الطاقة الداخلية لذرات المصعد
طرد إلكترون من مدار داخلي ثم انتقال إلكترون من مدار أعلى ليملأ الفراغ ينتج فوتونًا طاقته مميزة للعنصر.
ما المبدأ الفيزيائي الذي تفسر من خلاله حيود الأشعة السينية عبر البلورات باستخدام قانون براج؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: الطبيعة الموجية للأشعة السينية وتماثل المسافات الذرية
بما أن الأطوال الموجية قريبة من المسافات البينية للبلورة، تعمل البلورة كمحزز حيود يظهر تداخلاً بناءً.
إذا زاد جهد تسارع الأنبوبة المستخدمة لإنتاج الأشعة السينية، فما التغير الذي يحدث لأقصر طول موجي ؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: يقل أقصر طول موجي وتزداد أقصى طاقة للفوتونات
العلاقة عكسية بين الجهد وأقصر طول موجي طبقًا للعلاقة .
ما العامل المسؤول أساسًا عن التحكم في شدة الأشعة السينية (عدد الفوتونات المنبعثة في الثانية)؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: تيار الأنبوبة (عدد الإلكترونات المنبعثة من المهبط)
شدة الأشعة تعتمد على عدد الإلكترونات (التيار)، بينما طاقتها وقدرتها على الاختراق تعتمد على جهد التسارع.
أنبوبة أشعة سينية تعمل بجهد تسارع فولت، فإن أقصر طول موجي للطيف الناتج يساوي تقريبًا:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: م
بتطبيق العلاقة مع فولت، ينتج الناتج حوالي متر.
أشعة سينية طول موجتها نانومتر، كم تبلغ طاقة فوتونها بالإلكترون فولت تقريبًا؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: إلكترون فولت
طاقة الفوتون جول، وبالقسمة على تنتج حوالي إلكترون فولت.
أي من التطبيقات التالية يعتمد بشكل مباشر على الاختلاف في نفاذية الأشعة السينية للأنسجة الرخوة مقارنة بالعظام؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: التصوير الطبي التشخيصي والأشعة المقطعية
تخترق الأشعة الأنسجة الرخوة بسهولة بينما تمتصها العظام بدرجة أكبر، مما يتيح تكوين صور تشخيصية واضحة.
سقطت أشعة سينية طول موجتها نانومتر على بلورة تفصل بين مستوياتها مسافة نانومتر بحدوث حيود من الرتبة الأولى (). ما زاوية السقوط تقريبًا؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة:
من قانون براج: ، ومنها .
ما مصير معظم الطاقة الحركية للإلكترونات المتسارعة عند اصطدامها بمصعد التنجستن في أنبوبة الأشعة السينية؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: تتحول إلى طاقة حرارية في المصعد
يفقد الإلكترون معظم طاقته في صورة حرارة عند الاصطدام، بينما تتحول نسبة ضئيلة جدًا إلى فوتونات أشعة سينية.
أسئلة مقالية
اشرح باختصار آلية إنتاج الأشعة السينية داخل أنبوبة تفريغ مفرّغة، موضّحًا دور كل من المهبط والمصعد ومصدر الطاقة الحركية.
عرض نموذج الإجابة
تنتج الأشعة السينية في أنبوبة مفرّغة تحتوي على: 1) مهبط ساخن (كاثود) يبعث إلكترونات بالانبعاث الحراري. 2) مصعد معدني (عادة تنجستن لارتفاع درجة انصهاره). يُسرّع فرق جهد كهربائي كبير الإلكترونات نحو المصعد لتكتسب طاقة حركية عالية ()؛ وعند اصطدامها بذرات المصعد، تفقد جزءًا من طاقتها على هيئة فوتونات أشعة سينية والباقي يتبدد كحرارة.
وضّح الفرق الجوهري في أصل النشأة والتكوين بين الطيف المستمر (الإشعاع المكابح) والطيف الخطي المميز للأشعة السينية.
عرض نموذج الإجابة
1) الطيف المستمر (الإشعاع المكابح): ينشأ نتيجة تباطؤ الإلكترونات السريعة وتغيير مسارها بفعل المجال الكهربي لنواة ذرة المصعد، وتختلف الطاقة المنبعثة حسب مدى الاقتراب من النواة. 2) الطيف الخطي المميز: ينشأ عندما يمتلك الإلكترون طاقة كافية لطرد إلكترون من مدار داخلي ذري (كـمدار K)، فينتقل إلكترون أعلى ليحل محله مصدراً فوتونًا طاقته تساوي فرق الطاقة بين المستويين وهو مميز لكل عنصر.
أنبوبة أشعة سينية تعمل بفرق جهد تسارع قدره كيلو فولت ( فولت). احسب أقصر طول موجي للأشعة السينية الناتجة علمًا بأن ثابت بلانك جول.ثانية، وسرعة الضوء متر/ثانية، وشحنة الإلكترون كولوم.
عرض نموذج الإجابة
باستخدام قانون ديوان-هنت: البسط = المقام = متر (أو نانومتر).
أكتب الصيغة الرياضية لقانون براج المعبر عن حيود الأشعة السينية عبر البلورات، وفسر دلالة كل رمز من الرموز الواردة فيه.
عرض نموذج الإجابة
الصيغة الرياضية: دلالة الرموز: - : رتبة الحيود (عدد صحيح موجب: 1، 2، 3، ...). - : الطول الموجي للأشعة السينية الساقطة. - : المسافة الفاصلة بين المستويات الذرية المتوازية في البلورة. - : زاوية السقوط المقيسة من مستوى المستويات الذرية.
علل: تعتمد قدرة الأشعة السينية على الاختراق والنفاذ (أو طاقة فوتوناتها) على جهد تسارع الأنبوبة، بينما تعتمد شدة الأشعة على تيار الأنبوبة.
عرض نموذج الإجابة
لأن جهد التسارع يحدد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الساقطة ()، والتي بدورها تحدد أقصى طاقة للفوتون الناتج وأقصر طول موجي (علاقة طردية مع الطاقة). أما تيار الأنبوبة فيمثل عدد الإلكترونات المنبعثة في الثانية الواحدة، وكلما زاد عدد الإلكترونات زاد عدد الفوتونات المنتجة (أي زادت شدة الأشعة) دون تغيير طاقتها الفردية.
اشرح كيف تعمل البلورات كمحزّز طبيعي لحيود الأشعة السينية، وما الأهمية التطبيقية الكبرى لهذا الحيود البلوري.
عرض نموذج الإجابة
تعمل البلورات كمحزّز حيود لأن المسافات البينية الفاصلة بين مستوياتها الذرية متقاربة جدًا في رتبة الأجزاء من النانومتر، وهي نفس رتبة الأطوال الموجية للأشعة السينية. وعند سقوط الأشعة بزوايا محددة تحدث تداخلات بنّاءة وفق قانون براج. الأهمية التطبيقية: يُستخدم حيود الأشعة السينية لتحليل التركيب البلوري للمواد ومعرفة المسافات الذرية وبنية الجزيئات المعقدة.