IChO 2003 · Theory problem 13
X-ray diffraction angles
The smallest diffraction angle of a monochromatic beam of X-rays in a certain experiment is 11.5°. Based on this we must expect a beam of X-rays diffracted at:
(a) 22.0 degrees ( )
(b) 22.5 degrees ( )
(c) 23.0 degrees ( )
(d) 23.5 degrees ( )
(e) 24.0 degrees ( )
(f) 24.5 degrees ( )
Official English text of the problem.
Answers
- (a) Incorrect.
- (b) Incorrect.
- (c) Incorrect.
- (d) Correct: \(23.5^\circ\).
- (e) Incorrect.
- (f) Incorrect.
Solution
Constructive interference of X-rays reflected from successive crystal planes obeys Bragg’s law:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
where \(d\) is the spacing between the planes, \(\lambda\) is the X-ray wavelength, and \(n=1,2,\ldots\) is the diffraction order. Here \(\theta_n\) is the Bragg angle, measured relative to the planes.
The smallest diffraction angle corresponds to the first order, \(n=1\):
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
For the second order,
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
Dividing these equations eliminates both \(d\) and \(\lambda\):
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
Therefore,
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
Thus (d) is the correct choice. The other listed angles do not correspond to an integer diffraction order. On the answer sheet, mark (d) and leave (a), (b), (c), (e), and (f) unmarked.
The answers were checked against the official answers published by the organisers.
IChO 2003 · Theorieaufgabe 13
Röntgenbeugungswinkel
Der kleinste Beugungswinkel eines monochromatischen Röntgenstrahls beträgt in einem bestimmten Experiment 11.5°. Auf dieser Grundlage müssen wir einen Röntgenstrahl erwarten, der unter folgendem Winkel gebeugt wird:
(a) 22.0 Grad ( )
(b) 22.5 Grad ( )
(c) 23.0 Grad ( )
(d) 23.5 Grad ( )
(e) 24.0 Grad ( )
(f) 24.5 Grad ( )
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- (a) Falsch.
- (b) Falsch.
- (c) Falsch.
- (d) Richtig: \(23.5^\circ\).
- (e) Falsch.
- (f) Falsch.
Lösung
Die konstruktive Interferenz von Röntgenstrahlen, die an aufeinanderfolgenden Netzebenen eines Kristalls reflektiert werden, folgt dem Bragg’schen Gesetz:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
wobei \(d\) der Abstand zwischen den Netzebenen, \(\lambda\) die Wellenlänge der Röntgenstrahlung und \(n=1,2,\ldots\) die Beugungsordnung ist. Dabei ist \(\theta_n\) der Bragg-Winkel, der relativ zu den Netzebenen gemessen wird.
Der kleinste Beugungswinkel entspricht der ersten Ordnung, \(n=1\):
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
Für die zweite Ordnung gilt:
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
Durch Division dieser Gleichungen werden sowohl \(d\) als auch \(\lambda\) eliminiert:
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
Daher gilt:
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
Somit ist (d) die richtige Antwort. Die anderen aufgeführten Winkel entsprechen keiner ganzzahligen Beugungsordnung. Markieren Sie auf dem Antwortbogen (d) und lassen Sie (a), (b), (c), (e) und (f) unmarkiert.
Die Ergebnisse wurden mit den von den Veranstaltern veröffentlichten offiziellen Ergebnissen abgeglichen.
IChO 2003 · Teori sorusu 13
X-ışını kırınım açıları
Belirli bir deneyde tek renkli bir X-ışını demetinin en küçük kırınım açısı 11.5°'dir. Buna dayanarak, aşağıdaki açılardan hangisinde kırınıma uğramış bir X-ışını demeti beklemeliyiz:
(a) 22.0 derece ( )
(b) 22.5 derece ( )
(c) 23.0 derece ( )
(d) 23.5 derece ( )
(e) 24.0 derece ( )
(f) 24.5 derece ( )
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- (a) Yanlış.
- (b) Yanlış.
- (c) Yanlış.
- (d) Doğru: \(23.5^\circ\).
- (e) Yanlış.
- (f) Yanlış.
Çözüm
Ardışık kristal düzlemlerinden yansıyan X-ışınlarının yapıcı girişimi Bragg yasasına uyar:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
burada \(d\) düzlemler arasındaki uzaklık, \(\lambda\) X-ışınının dalga boyu ve \(n=1,2,\ldots\) kırınım mertebesidir. Burada \(\theta_n\), düzlemlere göre ölçülen Bragg açısıdır.
En küçük kırınım açısı birinci mertebeye, \(n=1\), karşılık gelir:
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
İkinci mertebe için,
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
Bu denklemler birbirine bölündüğünde hem \(d\) hem de \(\lambda\) elenir:
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
Dolayısıyla,
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
Böylece doğru seçenek (d)'dir. Verilen diğer açılar bir tam sayı kırınım mertebesine karşılık gelmez. Cevap kâğıdında (d)'yi işaretleyin ve (a), (b), (c), (e) ve (f) seçeneklerini işaretlemeden bırakın.
Sonuçlar, düzenleyicilerin yayımladığı resmi sonuçlarla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 2003 · Problema teórico 13
Ángulos de difracción de rayos X
El menor ángulo de difracción de un haz monocromático de rayos X en un determinado experimento es de 11.5°. A partir de este dato, debemos esperar un haz de rayos X difractado a:
(a) 22.0 grados ( )
(b) 22.5 grados ( )
(c) 23.0 grados ( )
(d) 23.5 grados ( )
(e) 24.0 grados ( )
(f) 24.5 grados ( )
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- (a) Incorrecta.
- (b) Incorrecta.
- (c) Incorrecta.
- (d) Correcta: \(23.5^\circ\).
- (e) Incorrecta.
- (f) Incorrecta.
Solución
La interferencia constructiva de los rayos X reflejados por planos cristalinos sucesivos obedece a la ley de Bragg:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
donde \(d\) es la distancia entre los planos, \(\lambda\) es la longitud de onda de los rayos X y \(n=1,2,\ldots\) es el orden de difracción. Aquí, \(\theta_n\) es el ángulo de Bragg, medido con respecto a los planos.
El menor ángulo de difracción corresponde al primer orden, \(n=1\):
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
Para el segundo orden,
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
Al dividir estas ecuaciones, se eliminan tanto \(d\) como \(\lambda\):
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
Por lo tanto,
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
Así pues, (d) es la opción correcta. Los demás ángulos indicados no corresponden a un orden de difracción entero. En la hoja de respuestas, marque (d) y deje (a), (b), (c), (e) y (f) sin marcar.
Los resultados se comprobaron con los resultados oficiales publicados por los organizadores.
IChO 2003 · 理论题 13
X射线衍射角
在某实验中,单色X射线束的最小衍射角为11.5°。据此,我们必定可以预期在下列角度出现衍射X射线束:
(a) 22.0度 ( )
(b) 22.5度 ( )
(c) 23.0度 ( )
(d) 23.5度 ( )
(e) 24.0度 ( )
(f) 24.5度 ( )
题目译自官方英文原文。
答案
- (a) 错误。
- (b) 错误。
- (c) 错误。
- (d) 正确:\(23.5^\circ\)。
- (e) 错误。
- (f) 错误。
解答
由相邻晶面反射的X射线发生相长干涉时,满足布拉格定律:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
其中,\(d\)为晶面间距,\(\lambda\)为X射线的波长,\(n=1,2,\ldots\)为衍射级数。这里,\(\theta_n\)为布拉格角,即相对于晶面测量的角度。
最小衍射角对应于一级衍射,\(n=1\):
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
对于二级衍射,
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
将这两个方程相除,可同时消去\(d\)和\(\lambda\):
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
因此,
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
因此,(d)为正确选项。其余所列角度均不对应于整数衍射级数。在答题纸上,标记(d),而(a)、(b)、(c)、(e)和(f)不作标记。
结果已与主办方公布的官方答案核对。
IChO 2003 · Теоретическая задача 13
Углы дифракции рентгеновских лучей
Наименьший угол дифракции монохроматического пучка рентгеновских лучей в некотором эксперименте составляет 11.5°. Исходя из этого, следует ожидать появления пучка рентгеновских лучей, дифрагированного под углом:
(a) 22.0 градуса ( )
(b) 22.5 градуса ( )
(c) 23.0 градуса ( )
(d) 23.5 градуса ( )
(e) 24.0 градуса ( )
(f) 24.5 градуса ( )
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- (a) Неверно.
- (b) Неверно.
- (c) Неверно.
- (d) Верно: \(23.5^\circ\).
- (e) Неверно.
- (f) Неверно.
Решение
Конструктивная интерференция рентгеновских лучей, отражённых от последовательных кристаллографических плоскостей, подчиняется закону Брэгга:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
где \(d\) — расстояние между плоскостями, \(\lambda\) — длина волны рентгеновского излучения, а \(n=1,2,\ldots\) — порядок дифракции. Здесь \(\theta_n\) — угол Брэгга, измеряемый относительно плоскостей.
Наименьший угол дифракции соответствует первому порядку, \(n=1\):
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
Для второго порядка
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
Деление этих уравнений друг на друга позволяет исключить как \(d\), так и \(\lambda\):
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
Следовательно,
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
Таким образом, правильный вариант ответа — (d). Остальные перечисленные углы не соответствуют целочисленному порядку дифракции. В листе ответов отметьте (d) и оставьте (a), (b), (c), (e) и (f) неотмеченными.
Ответы проверены по официальным ответам, опубликованным организаторами.
IChO 2003 · مسألة نظرية 13
زوايا حيود الأشعة السينية
أصغر زاوية حيود لحزمة أحادية اللون من الأشعة السينية في تجربة معينة هي 11.5°. بناءً على ذلك، يجب أن نتوقع حزمة من الأشعة السينية تحيد بزاوية:
(a) 22.0 درجة ( )
(b) 22.5 درجة ( )
(c) 23.0 درجة ( )
(d) 23.5 درجة ( )
(e) 24.0 درجة ( )
(f) 24.5 درجة ( )
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- (a) غير صحيح.
- (b) غير صحيح.
- (c) غير صحيح.
- (d) صحيح: \(23.5^\circ\).
- (e) غير صحيح.
- (f) غير صحيح.
الحل
يخضع التداخل البنّاء للأشعة السينية المنعكسة عن مستويات بلورية متتالية لـقانون براغ:
\[ 2d\sin\theta_n=n\lambda, \]
حيث \(d\) هي المسافة الفاصلة بين المستويات، و\(\lambda\) هو الطول الموجي للأشعة السينية، و\(n=1,2,\ldots\) هي رتبة الحيود. وهنا تمثل \(\theta_n\) زاوية براغ، المقيسة بالنسبة إلى المستويات.
تقابل أصغر زاوية حيود الرتبة الأولى، \(n=1\):
\[ 2d\sin 11.5^\circ=\lambda. \]
بالنسبة إلى الرتبة الثانية،
\[ 2d\sin\theta_2=2\lambda. \]
بقسمة هاتين المعادلتين إحداهما على الأخرى، يُحذف كلٌّ من \(d\) و\(\lambda\):
\[ \sin\theta_2=2\sin11.5^\circ=0.3987359. \]
وعليه،
\[ \theta_2=\arcsin(0.3987359) =23.4992^\circ \approx\boxed{23.5^\circ}. \]
إذن (d) هو الخيار الصحيح. أما الزوايا الأخرى الواردة فلا تقابل رتبة حيود ذات عدد صحيح. في ورقة الإجابة، ضع علامة على (d) واترك (a)، (b)، (c)، (e)، و(f) دون علامة.
تمت مراجعة النتائج بمقارنتها بالنتائج الرسمية التي نشرها المنظمون.