Global EE

Магнетизм — Задание 18 ОГЭ по физике №00018556

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Магнетизм

№2. Задание 18

ID: 00018556

В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните (см. рисунок).

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Магнетизм

Масс-спектрограф

Масс-спектрограф — это прибор для разделения ионов по величине отношения их заряда к массе. В самой простой модификации схема прибора представлена на рисунке.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Магнетизм

Исследуемый образец специальными методами (испарением, электронным ударом) переводится в газообразное состояние, затем образовавшийся газ ионизируется в источнике 1. Затем ионы ускоряются электрическим полем и формируются в узкий пучок в ускоряющем устройстве 2, после чего через узкую входную щель попадают в камеру 3, в которой создано однородное магнитное поле. Магнитное поле изменяет траекторию движения частиц. Под действием силы Лоренца ионы начинают двигаться по дуге окружности и попадают на экран 4, где регистрируется место их попадания. Методы регистрации могут быть различными: фотографические, электронные и т. д. Радиус траектории определяется по формуле $r=\dfrac{1}{B}\sqrt{\dfrac{2Um}{q}}$, где $U$ — электрическое напряжение ускоряющего поля; $B$ — индукция магнитного поля; $m$ и $q$ — масса и заряд частицы.

Так как радиус траектории зависит от массы и заряда иона, то разные ионы попадают на экран на различном расстоянии от источника, что и позволяет их разделять и анализировать состав образца.

В настоящее время разработаны многочисленные типы масс-спектрометров, принципы работы которых отличаются от рассмотренного выше. Изготавливаются, например, динамические масс-спектрометры, в которых массы исследуемых ионов определяются по времени пролёта от источника до регистрирующего устройства.

Источник: ФИПИ

Решение

На движущуюся заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца. Она перпендикулярна скорости, поэтому не разгоняет частицу, а заворачивает её траекторию в дугу окружности. Направление силы зависит от знака заряда: положительную и отрицательную частицы, влетевшие с одинаковой скоростью, поле отклоняет в противоположные стороны. Это и видно на рисунке: частица 1 уходит вправо, частица 2 — влево.

Определим, куда поле отклоняет положительный заряд. Данные с рисунка: кружки с точкой означают, что вектор магнитной индукции $\vec B$ направлен на нас (из плоскости рисунка), а скорость $\vec\upsilon_0$ частиц в момент влёта направлена вверх.

Применяем правило левой руки. Ладонь располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в неё: поле идёт на нас, значит, ладонь обращена к рисунку. Четыре вытянутых пальца направляем по скорости положительной частицы — вверх. Отогнутый большой палец при этом показывает вправо. Значит, сила Лоренца, действующая на положительный заряд, в точке влёта направлена вправо.

Вправо отклоняется частица 1 — она и заряжена положительно. Частица 2 отклоняется влево, то есть в противоположную сторону: её заряд отрицательный.

Ответ

Положительный заряд у частицы 1. Магнитное поле направлено на нас, скорость частиц при влёте — вверх; по правилу левой руки сила Лоренца, действующая на положительный заряд, направлена вправо, а вправо отклоняется частица 1. Частица 2 отклоняется влево — её заряд отрицательный.

Другие задания по теме «Магнетизм» (8)