В масс спектрографе заряженные частицы ускоряются. Т

Действие, оказываемое магнитным полем на движущиеся заряженные частицы, очень широко используют в технике.

Например, отклонение электронного пучка в кинескопах телевизоров осуществляют с помощью магнитного поля, которое создают специальными катушками. В ряде электронных приборов магнитное поле используется для фокусировки пучков заряженных частиц.

В созданных в настоящее время экспериментальных установках для осуществления управляемой термоядерной реакции действие магнитного поля на плазму используют для скручивания ее в шнур, не касающийся стенок рабочей камеры. Движение заряженных частиц по окружности в однородном магнитном поле и независимость периода такого движения от скорости частицы используют в циклических ускорителях заряженных частиц - циклотронах.

Действие силы Лоренца используют и в приборах, называемых масс-спектрографами , которые предназначены для разделения заряженных частиц по их удельным зарядам.

Схема простейшего масс-спектрографа показана на рисунке 1.

В камере 1, из которой откачан воздух, находится источник ионов 3. Камера помещена в однородное магнитное поле, в каждой точке которого индукция \(~\vec B\) перпендикулярна плоскости чертежа и направлена к нам (на рисунке 1 это поле обозначено кружочками). Между электродами А ч В приложено ускоряющее напряжение, под действием которого ионы, вылетающие из источника, разгоняются и с некоторой скоростью попадают в магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Двигаясь в магнитном поле по дуге окружности, ионы попадают на фотопластинку 2, что позволяет определить радиус R этой дуги. Зная индукцию магнитного поля В и скорость υ ионов, по формуле

\(~\frac q m = \frac {v}{RB}\)

можно определить удельный заряд ионов. А если заряд иона известен, можно вычислить его массу.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. - Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. - C. 328.

Из курса электричества мы знаем, что на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила, называемая силой Лоренца. Сила Лоренца перпендикулярна к магнитному полю и к скорости частицы, и ее направление определяется правилом левой руки (рис. 349). Модуль этой силы пропорционален заряду частицы , ее скорости , магнитной индукции поля и синусу угла между векторами и . Если направление скорости перпендикулярно к направлению индукции , то модуль силы Лоренца выражается формулой

где - заряд частицы в кулонах, - ее скорость в метрах в секунду, - индукция в тесла, - сила в ньютонах. Ускорение , сообщаемое силой Лоренца, как и всякой силой вообще, прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе частицы.

Рис. 349. Направление силы Лоренца , действующей на заряд, движущийся в магнитном поле со скоростью . Изображен случай положительного заряда. Для отрицательного заряда сила направлена в противоположную сторону

Рассмотрим движение частицы в однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно к скорости частицы. Так как сила Лоренца и, следовательно, ускорение перпендикулярны к скорости, то частица будет двигаться по окружности; при этом модуль скорости остается неизменным, ибо, как известно из механики, перпендикулярность ускорения и скорости характерна для равномерного движения по окружности. Ускорение частицы при равномерном движении по окружности равно , где - радиус окружности. Таким образом, ускорение частицы

,

Чем меньше , тем больше радиус траектории частицы при заданных и В (рис. 350). Зная и и измерив радиус траектории , можно определить - отношение заряда частицы к ее массе. Заряд частицы равен одному или нескольким элементарным зарядам. Если он известен, то может быть вычислена масса частицы. Этот принцип лежит в основе действия прибора, называемого масс-спектрографом и служащего для измерения масс мельчайших заряженных частиц - ионов и электронов.

Рис. 350. Траектории заряженных частиц с равными начальными скоростями в однородном магнитном поле: 1 – малое отношение , 2 – большое отношение ; 1 и 2 – отрицательно заряженные частицы; 3 – положительно заряженная частица. Линии магнитного поля перпендикулярны к плоскости чертежа и направлены на нас

Схема масс-спектрографа с однородным магнитным полем изображена на рис. 351. Прибор представляет собой откачанный до высокой степени разрежения сосуд, помещенный в магнитное поле, линии которого перпендикулярны к плоскости чертежа. Заряженные частицы испускаются источником 1. Простейшим источником является электрический разряд в газе. Разряд сопровождается интенсивной ионизацией газа. При положительной разности потенциалов между диафрагмой 2 и щелью источника из разряда будут «отсасываться» электроны и отрицательные ионы, при отрицательной разности потенциалов - положительные ионы. Заполняя источник различными газами или парами, можно получить ионы различных элементов.

Рис. 351. Схема масс-спектрографа: 1 - источник ионов (газоразрядная трубка), 2 - диафрагма со щелью 3, 4 - фотопластинка, - напряжение ускоряющее ионы

Частицы, прошедшие через щель 3, попадают в магнитное поле с теми скоростями, которые им сообщает ускоряющая их разность потенциалов. Все частицы с данным отношением приобретают равные скорости и будут в магнитном поле описывать окружности одного и того же радиуса. После отклонения на пучок частиц попадает на фотопластинку; в месте попадания пучка после проявления пластинки обнаружится темная полоска. Расстояние (рис. 351) равно удвоенному радиусу окружности, по которой двигалась частица. Величина зависит от скорости частицы. Для нахождения скорости мы используем то обстоятельство, что частица влетает в магнитное поле с кинетической энергией , полученной за счет работы электрического поля, равной . Таким образом,

(198.2)

Из (198.1) и (198.2) имеем

Подставляя в эту формулу известные значения и полученный измерением радиус , можем вычислить массу частиц, попавших в точку пластинки.

Если в пучке, испускаемом источником, содержатся частицы с различными отношениями заряда к массе, на фотопластинке получится несколько параллельных полосок. Самая близкая к щели полоска вызвана частицами, которые движутся по окружности наименьшего радиуса. Эти Частицы обладают наибольшим; отношением заряда к массе. Если заряды всех частиц в пучке одинаковы, то ближайшая к щели полоска соответствует частицам наименьшей массы.

По аналогии с оптикой изображение, полученное на фотопластинке, называют спектром. Оптический спектрограф дает спектр длин волн светового пучка, т. е. распределение спектральных линий по длинам волн. Масс-спектрограф дает спектр масс пучка частиц, т. е. распределение частиц по массам (точнее, по отношениям ).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(НИУ «БелГУ»)

МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ

МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ

ЦМК ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ДИСЦИПЛИН

Реферат на тему:

«Циклотрон. Масс-спектрограф»

Ващенко Надежда

Белгород 2017

Введение

2. Модификации циклотрона

3. Применение циклотрона

Литература

Введение

Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движущейся частицы, поэтому она не изменяет величину скорости, а изменяет только направление ее движения, т.е. вызывает центростремительное ускорение.

Искривляя траекторию движущейся заряженной частицы, она не совершает работы, т.е. кинетическая энергия движущейся в магнитном поле заряженной частицы остается постоянной. Зная силу Лоренца, можно рассчитать траекторию частиц и, следовательно, управлять потоком заряженных частиц. Это используется в различного рода ускорителях таких, как масс-спектрограф и циклотрон.

1. Циклотрон. Принцип устройства

Циклотро м н -- резонансный циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.

В зазор электромагнита помещают два металлических электрода. На эти электроды, названные дуантами из-за сходства их формы с заглавной латинской буквой "D", подается напряжение от генератора высокой частоты. Вблизи центра магнита в промежутке между дуантами располагается источник положительно заряженных ионов. Вся система из электродов и ионного источника помещается в вакуумную камеру, из которой воздух откачивается до давления 10-5мм рт. ст. Ион, вылетевший из источника в то время, когда электрод I имеет отрицательный потенциал, ускорится в промежутке между дуантами и попадает в полость дуанта. В ней ион опишет полуокружность постоянного радиуса, так как в полости дуанта поле отсутствует. Если частота генератора выбрана правильно, то к моменту выхода иона из полости I направление электрического поля изменится на обратное. Поэтому ион вновь ускорится и внутри полости дуанта II опишет окружность уже большего радиуса. Таким образом, двигаясь в резонансе с высокочастотным полем, ионы будут по спиралям разворачиваться к краю полюса магнита. Их энергия будет расти после каждого прохождения частицей ускоряющей щели между дуантами. Процесс ускорения будет продолжаться до тех пор, пока частицы не достигнут края полюсов магнита. На пути потока помещают мишень, попадая на которую ионы вызывают ядерную реакцию. Чаще пучок ускоренных частиц выводят из камеры посредством отклоняющего электрода. На этот электрод, расположенный у края камеры, подается высокий отрицательный потенциал. Под действием электрического поля пучок ускоренных ионов изменяет свою траекторию, выходит из камеры через окошко, закрытое тонкой фольгой, и попадает на мишень.

2. Модификации циклотрона

Недостатком циклотрона является то, что заряженные частицы в нём не могут быть ускорены до больших энергий, так как для релятивистской частицы частота обращения начинает зависеть от энергии.

С нарушением условия синхронизма частицы приходят в ускоряющий зазор не в правильной фазе и перестают ускоряться. Таким образом, циклотрон существенно ограничен нерелятивистскими энергиями частиц, в обычных циклотронах протоны можно ускорять до 20--25 МэВ. Для ускорения тяжёлых частиц до существенно больших значений энергии (до 1000 МэВ) используют модифицированную установку, изохронный циклотрон. В изохронных циклотронах для сохранения неизменной частоты обращения создаётся неоднородное, нарастающее по радиусу магнитное поле. Другая модификация циклотрона -- синхроциклотрон (фазотрон), в котором частота ускоряющего электрического поля не остаётся постоянной, а уменьшается синхронно с частотой обращения частиц. Однако понятно, что в отличие от классического циклотрона, который может работать в непрерывном режиме, синхроциклотрон может ускорять пучок только импульсно. Наконец, самый дальний родственник циклотрона -- ускоритель FFAG. В таком ускорителе магнитное поле не имеет азимутальной симметрии, но в процессе ускорения пучка остаётся постоянным, а частота ускоряющего электрического поля -- варьируется.

3. Применение циклотрона

Циклотрон оказался наиболее удачным ускорителем по сравнению с ранее построенными установками. В различных странах мира работают десятки циклотронов, в которых получены пучки протонов, дейтронов и б-частиц огромной интенсивности (до 1016 частиц в секунду).

С помощью циклотронов получают также потоки быстрых нейтронов. Конечно, нейтроны нельзя ускорить электрическим полем, поскольку они не обладают электрическим зарядом. Пучки быстрых нейтронов возникают как результат ядерной реакции на мишени циклотрона. Для этого мишень делают из элемента, на котором описанная ранее реакция с испусканием нейтронов имеет большую вероятность (например, из бериллия).

Существует и другой способ получения быстрых нейтронов, открытый несколько позже. Этот способ основан на совершенно ином типе ядерных реакций. Если пучок быстрых дейтронов направить на мишень, то с большой вероятностью происходит следующий удивительный процесс.

Проходя мимо ядра, дейтрон (состоящий из протона и нейтрона) "задевает" за ядро протоном. "Содранный" протон при этом остается в ядре, а нейтрон дейтрона продолжает двигаться в направлении первоначального пучка дейтронов с энергией, примерно равной половине энергии дейтрона.

В последние годы в циклотронах стали ускорять и многозарядные ионы, например, кислорода и азота.

Наибольшее применение циклотроны находят при исследовании свойств ядер; с их помощью удалось наблюдать многие новые ядерные реакции почти на всех элементах периодической системы элементов. Эти опыты позволили физикам значительно продвинуться в понимании закономерностей, существующих в мире атомных ядер.

Важным применением циклотрона является получение на нем радиоактивных изотопов. До постройки атомных реакторов лишь циклотрон позволял приготовлять эти изотопы в сколько-нибудь значительном количестве. циклотрон спектрограф протонная терапия

Простота конструкции циклотрона, а также возможность ускорения протонов до энергий порядка 100МэВ, открывают широкие возможности применения их в медицине. Новое направление получило название протонная терапия (надо сказать, что циклотроны не единственный тип ускорителей для протонной терапии). Основной задачей протонной терапии является поражение опухолевых клеток при минимальном повреждении нормальных тканей. Пучки заряженных частиц имеют существенно лучшее дозное распределение в пространстве по сравнению с другими излучениями. Эти преимущества особенно проявляются при облучении мишени сложной пространственной конфигурации и имеют решающее значение при облучении вблизи жизненно важных органов человека. Для проникновения протонного пучка на глубину до 5см необходима энергия МэВ, при энергии до 190МэВ можно облучить практически все опухоли с максимальной глубиной локализации до 24см. Важной характеристикой ускорительного комплекса является возможность регулирования величины энергии и сканирования пучка ускоренных частиц для формирования трехмерных дозных полей заданной формы. Требуемое дозное поле можно формировать как регулировкой параметров пучка в ускорителе, так и системой внешних рассеивателей и замедлителей. В настоящее время энергия циклотронов для протонной терапии достигает 250МэВ Циклотрон в PSI (до 590МэВ)

4. Масс-спектрограф. Принцип устройства

Заряд частицы равен одному или нескольким элементарным зарядам. Если он известен, то может быть вычислена масса частицы. Этот принцип лежит в основе действия прибора, называемого масс-спектрографом и служащего для измерения масс мельчайших заряженных частиц -- ионов и электронов. Прибор представляет собой откачанный до высокой степени разрежения сосуд, помещенный в магнитное поле, линии которого перпендикулярны к плоскости чертежа. Заряженные частицы испускаются источником 1. Простейшим источником является электрический разряд в газе. Разряд сопровождается интенсивной ионизацией газа. При положительной разности потенциалов между диафрагмой 2 и щелью источника из разряда будут «отсасываться» электроны и отрицательные ионы, при отрицательной разности потенциалов -- положительные ионы. Заполняя источник различными газами или парами, можно получить ионы различных элементов.

Частицы, прошедшие через щель 3, попадают в магнитное поле с теми скоростями, которые им сообщает ускоряющая их разность потенциалов. Все частицы с данным отношением q/m приобретают равные скорости и будут в магнитном поле описывать окружности одного и того же радиуса. После отклонения на 180° пучок частиц попадает на фотопластинку; в месте попадания пучка после проявления пластинки обнаружится темная полоска. Расстояние АВ (рис. 351) равно удвоенному радиусу r окружности, по которой двигалась частица. Величина r зависит от скорости частицы. Для нахождения скорости мы используем то обстоятельство, что частица влетает в магнитное поле с кинетической энергией Wк=mv2/2 , полученной за счет работы электрического поля, равной qU . Таким образом,

Схема масс-спектрографа: 1 -- источник ионов (газоразрядная трубка), 2 -- диафрагма со щелью 3, 4 -- фотопластинка, U -- напряжение, ускоряющее ионы

Подставляя в эту формулу известные значения q, В, U и полученный измерением радиус r, можем вычислить массу частиц, попавших в точку В пластинки.

Если в пучке, испускаемом источником, содержатся частицы с различными отношениями заряда к массе, на фотопластинке получится несколько параллельных полосок. Самая близкая к щели полоска вызвана частицами, которые движутся по окружности наименьшего радиуса. Эти частицы обладают наибольшим отношением заряда к массе. Если заряды всех частиц в пучке одинаковы, то ближайшая к щели полоска соответствует частицам наименьшей массы.

По аналогии с оптикой изображение, полученное на фотопластинке, называют спектром. Оптический спектрограф дает спектр длин волн светового пучка, т. е. распределение спектральных линий по длинам волн. Масс-спектрограф дает спектр масс пучка частиц, т. е. распределение частиц по массам (точнее, по отношениям q/m).

В опыте по измерению массы электрона с помощью масс-спектрографа на фотопластинке обнаруживается только одна полоска. Так как заряд каждого электрона равен одному элементарному заряду, мы приходим к заключению, что все электроны обладают одинаковой массой.

5. Применение масс-спектрографа

Масс-спектрограф может быть применен как для исследовательских целей, так и для контроля производства при различных методах получения бензина, содержащего углеводороды до С включительно.

Несомненно весьма интересным и обещающим является применение масс-спектрографа для определения малых количеств примесей в графите и многих других материалах. При применении стабильных изотопов их обнаружение и количественное определение обычно проводят при помощи масс-спектрографа и лишь в редких случаях (например, при работе с тяжелым водородом) путем определения удельного веса продуктов сожжения. Если же органическое соединение содержит радиоактивные изотопы, то определение легко удается провести путем измерения радиоактивности соответствующего вещества (например, при помощи счетчика Гейгера -- Мюллера).

В последующие годы велись интенсивные работы по установлению изотопного состава элементов с помощью масс-спектрографа. Однако для определения относительного содержания изотопов необходимо было повысить точность измерений, что и было достигнуто применением в качестве регистратора электрометрической лампы, соединенной с гальванометром.

Для определения газообразующих примесей в арсениде галлия рекомендованы метод вакуум-плавления для определения кислорода и водорода, а также масс-спектрометрический метод с применением масс-спектрографа с искровым ионным источником. В последнем методе определяют углерод, азот, кислород, а также литий, магний, серу и кремний.

В настоящей главе описываются подобные методы, которые можно назвать физическими методами газового анализа. Сюда относятся, в частности, различные оптические методы, а также анализ газа с помощью масс-спектрографа. Следует, однако, заметить, что выделение этих физических методов в отдельную группу имеет, конечно, условный характер, поскольку и здесь приходится в ряде случаев сочетать эти физические методы с применением тех или иных химических реагентов.

Идея применения масс-спектрографа для целей газового анализа (в частности, для анализа углеводородных газов) была выдвинута после изобретения этого прибора, примененного первоначально для разделения и определения изотопов.

Однако сложность и дороговизна масс-спектрографа ограничивают его применение в газовом анализе. Следует также учесть что многие разработанные в последнее время у нас в Союзе приборы для микроанализа газа по своей относительной чувствительности а тем более по простоте превосходят масс-спектрограф. Эти приборы требуют при анализе большего количества газа, однако для большинства практических задач получение образцов газа объемом 0,2--1,0 л и даже больше обычно не представляет затруднений.

Конечно и медицина не обходится без масс-спектрометрии. Изотопная масс-спектрометрия углеродных атомов применяется для прямой медицинской диагностики инфицированности человека Helicobacter pylori и является самым надёжным из всех методов диагностики. Также, масс-спектрометрия применяется для определения наличия допинга в крови спортсменов.

Трудно представить область человеческой деятельности, где не нашлось бы места масс-спектрометрии. Ограничимся просто перечислением: аналитическая химия, биохимия, клиническая химия, общая химия и органическая химия, фармацевтика, косметика, парфюмерия, пищевая промышленность, химический синтез, нефтехимия и нефтепераработка, контроль окружающей среды, производство полимеров и пластиков, медицина и токсикология, криминалистика, допинговый контроль, контроль наркотических средств, контроль алкогольных напитков, геохимия, геология, гидрология, петрография, минералогия, геохронология, археология, ядерная промышленность и энергетика, полупроводниковая промышленность, металлургия.

Литература

· https://ru.wikipedia.org

· http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

· http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000039/st007.shtml

· http://chem21.info/info/1608949/

· http://www.physel.ru/2-mainmenu-73/mainmenu-74/708-s-198--.html

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

История развития планарной сцинтиграфии. Производство радионуклидов на ядерных реакторах. Принцип действия циклотрона. Многокристальные и полупроводниковые гамма-камеры, их особенности и технические характеристики. Принцип работы гамма-камеры Ангера.

реферат , добавлен 28.02.2015


Моделирование прохождения пучков протонов через систему формирования равномерного поля протонов. Принцип действия циклотрона. Модифицирование полупроводников пучками протонов. Расчет составляющих системы формирования равномерного поля протонов.

дипломная работа , добавлен 26.06.2012


Общий принцип действия масс-анализаторов, характеристика их видов. Разрешающая способность анализатора и основные факторы ее определяющие. Магнитные поля установки. Описание масс-анализатора по легким, средним и тяжелым ионам. Понятие уширения пиков.

дипломная работа , добавлен 03.07.2014


Исследование метода анализа состава вещества, основанного на определении отношения массы частицы к её заряду. Принципиальное устройство масс-спектрометра. Электронная и химическая ионизация. Особенности разделения ионов анализатором масс. Типы детекторов.

презентация , добавлен 05.01.2014


Примеры взаимодействия тел с помощью опытов. Первый закон Ньютона, инерциальные системы отсчета. Понятие силы и физического поля. Масса материальной точки, импульс и центр масс системы. Второй и третий законы Ньютона, их применение. Движение центра масс.

реферат , добавлен 10.12.2010


Построение графика скорости центра масс фотона. Методы получения волнового уравнения Луи Де Бройля: выведение процесса описания движения центра масс фотона за рамки аксиомы. Основные математические модели, которые описывают главные характеристики фотона.

контрольная работа , добавлен 13.10.2010


Характеристика законов Ньютона и законов сил в механике. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Принцип суперпозиции. Фундаментальные взаимодействия. Система частиц. Центр масс (центр инерции). Алгоритм решения задач динамики.

презентация , добавлен 25.05.2015


Схема будови спектрографа. Види оптичних спектрів. Ядерна модель атома. Енергетичні рівні атома. Схема досліду Д. Франка і Г. Герца. Склад атомного ядра. Мезонна теорія ядерних сил. Енергетичний вихід ядерної реакції. Схема ядерної електростанції.

презентация , добавлен 12.05.2011


Основные задачи динамики твердого тела. Шесть степеней свободы твердого тела: координаты центра масс и углы Эйлера, определяющие ориентацию тела относительно центра масс. Сведение к задаче о вращении вокруг неподвижной точки. Описание теоремы Гюйгенса.

презентация , добавлен 02.10.2013


История создания трансформаторов, их классификация и характеристика. Принцип действия и устройства однофазных и трехфазных трансформаторов. Общая конструкция сердечников и форма сечения их частей. Типы обмоток. Применение и эксплуатация трансформаторов.

Вариант № 630269

В заданиях 2–5, 8, 11–14, 17, 18, 20 и 21 записываются в виде одной цифры, которая соответствует номеру правильного ответа. Ответы к заданиям 1, 6, 9, 15, 19 записываются в виде последовательности цифр без пробелов, запятых и других дополнительных символов. Ответы к заданиям 7, 10 и 16 записываются в виде числа с учётом указанных в ответе единиц. Единицы измерения в ответе указывать не надо.

Если ва­ри­ант задан учителем, вы мо­же­те вписать от­ве­ты на за­да­ния части С или за­гру­зить их в си­сте­му в одном из гра­фи­че­ских форматов. Учи­тель уви­дит ре­зуль­та­ты вы­пол­не­ния за­да­ний части В и смо­жет оце­нить за­гру­жен­ные от­ве­ты к части С. Вы­став­лен­ные учи­те­лем баллы отоб­ра­зят­ся в вашей статистике. Полное правильное решение каждой из задач С1-С6 должно включать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования расчёты с численным ответом и при необходимости рисунок, поясняющий решение.

Версия для печати и копирования в MS Word

Установите со­от­вет­ствие между фи­зи­че­ски­ми ве­ли­чи­на­ми и еди­ни­ца­ми из­ме­ре­ния этих ве­ли­чин в си­сте­ме СИ. К каж­дой по­зи­ции пер­во­го столб­ца под­бе­ри­те со­от­вет­ству­ю­щую по­зи­цию второго.

Запишите в ответ цифры, рас­по­ло­жив их в порядке, со­от­вет­ству­ю­щем буквам:

Ответ:

На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти ко­ор­ди­на­ты x от вре­ме­ни t для четырёх тел, дви­жу­щих­ся вдоль оси Ox . Рав­но­мер­но­му дви­же­нию со­от­вет­ству­ет график

Ответ:

Какая из ниже перечисленных сил не может быть объяснена электромагнитным взаимодействием атомов и молекул вещества друг с другом?

1) сила упругости

2) сила трения

3) сила притяжения тел к Земле

4) сила реакции поверхности

Ответ:

Сравните гром­кость звука и вы­со­ту тона двух зву­ко­вых волн, ис­пус­ка­е­мых камертонами, если для пер­вой волны ам­пли­ту­да А 1 = 1 мм, ча­сто­та ν 1 = 600 Гц, для вто­рой волны ам­пли­ту­да А 2 = 2 мм, ча­сто­та ν 2 = 300 Гц.

1) гром­кость пер­во­го звука больше, чем второго, а вы­со­та тона меньше

2) и громкость, и вы­со­та тона пер­во­го звука больше, чем второго

3) и громкость, и вы­со­та тона пер­во­го звука меньше, чем второго

4) гром­кость пер­во­го звука меньше, чем второго, а вы­со­та тона больше

Ответ:

Три сплош­ных ме­тал­ли­че­ских ша­ри­ка оди­на­ко­во­го объёма - 1, 2 и 3 - по­ме­сти­ли в сосуд со ртутью, в ко­то­ром они рас­по­ло­жи­лись так, как по­ка­за­но на рисунке. Известно, что один из ша­ри­ков сде­лан из меди, вто­рой - из серебра, а тре­тий - из золота. Из ка­ко­го ма­те­ри­а­ла сде­лан каж­дый шарик? (Плот­ность меди - 8900 кг/м 3 , се­реб­ра - 10500 кг/м 3 , зо­ло­та - 19300 кг/м 3 , ртути - 13600 кг/м 3 .)

1) 1 - серебро, 2 - золото, 3 - медь

2) 1 - медь, 2 - золото, 3 - серебро

3) 1 - золото, 2 - серебро, 3 - медь

4) 1 - медь, 2 - серебро, 3 - золото

Ответ:

Маленький бру­сок мас­сой 500 г тащат с по­сто­ян­ной ско­ро­стью по го­ри­зон­таль­ной ше­ро­хо­ва­той поверхности, при­кла­ды­вая к нему го­ри­зон­таль­но на­прав­лен­ную силу. На гра­фи­ке при­ве­де­на най­ден­ная экс­пе­ри­мен­таль­но за­ви­си­мость мо­ду­ля ра­бо­ты силы су­хо­го трения, дей­ству­ю­щей на брусок, от прой­ден­но­го им пути . Используя рисунок, вы­бе­ри­те из пред­ло­жен­но­го пе­реч­ня два вер­ных утверждения. Ука­жи­те их номера.

1) Когда прой­ден­ный брус­ком путь будет равен 10 м, ра­бо­та дей­ству­ю­щей на бру­сок силы су­хо­го тре­ния будет от­ри­ца­тель­на и равна –14 Дж.

2) Ко­эф­фи­ци­ент тре­ния брус­ка о по­верх­ность равен 0,4.

3) Дви­же­ние брус­ка яв­ля­ет­ся равноускоренным.

4) Мо­дуль силы, при­ло­жен­ной к бруску, равен 2 Н.

5) Если уве­ли­чить массу брус­ка до 1 кг, то он будет дви­гать­ся вдвое медленнее.

Ответ:

Брусок, на­хо­дя­щий­ся на на­клон­ной плос­ко­сти с углом на­кло­на 30° и ко­эф­фи­ци­ен­том тре­ния 0,2, начал дви­же­ние вниз из со­сто­я­ния покоя. Какое рас­сто­я­ние вдоль на­клон­ной плос­ко­сти пройдёт бру­сок к тому моменту, когда его ско­рость ста­нет рав­ной 5 м/с?

Ответ:

Четыре ложки изготовлены из разных материалов: алюминия, дерева, пластмассы и стекла. Наибольшей теплопроводностью обладает ложка, изготовленная из

1) алюминия

3) пластмассы

Ответ:

На ри­сун­ке при­ве­де­ны гра­фи­ки за­ви­си­мо­сти ко­ор­ди­на­ты от вре­ме­ни для двух тел: А и В, дви­жу­щих­ся по прямой, вдоль ко­то­рой и на­прав­ле­на ось Ох . Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния о ха­рак­те­ре дви­же­ния тел.

1) Тело А дви­жет­ся с уско­ре­ни­ем 3 м/с 2 .

2) Тело А дви­жет­ся с по­сто­ян­ной скоростью, рав­ной 2,5 м/с.

3) В те­че­ние пер­вых пяти се­кунд тела дви­га­лись в одном направлении.

4) Вто­рич­но тела А и В встре­ти­лись в мо­мент времени, рав­ный 9 с.

5) В мо­мент вре­ме­ни t = 5 с тело В до­стиг­ло мак­си­маль­ной ско­ро­сти движения.

Ответ:

Какое ко­ли­че­ство теплоты потребуется, чтобы в алю­ми­ни­е­вом чайнике мас­сой 700 г вски­пя­тить 2 кг воды? Пер­во­на­чаль­но чайник с водой имели тем­пе­ра­ту­ру 20 °С.

Примечание.

4) 723,52 кДж

Ответ:

Металлический шарик 1, укреп­лен­ный на длин­ной изо­ли­ру­ю­щей ручке и име­ю­щий заряд , при­во­дят по­оче­ред­но в со­при­кос­но­ве­ние с двумя та­ки­ми же ша­ри­ка­ми 2 и 3, рас­по­ло­жен­ны­ми на изо­ли­ру­ю­щих под­став­ках и имеющими, соответственно, за­ря­ды −q и +q .

Какой заряд в ре­зуль­та­те оста­нет­ся на ша­ри­ке 3?

Ответ:

Никелиновую спираль электроплитки заменили на железную, имеющую такую же длину и площадь поперечного сечения. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в ответ выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в от­ве­те могут повторяться.

Ответ:

На рисунке представлена картина линий магнитного поля, полученная с помощью железных опилок от двух полосовых магнитов. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

1) 1 - северному полюсу, 2 - южному

2) 2 - северному полюсу, 1 - южному

3) и 1, и 2 - северному полюсу

4) и 1, и 2 - южному полюсу

Ответ:

На каком из приведённых ниже ри­сун­ков пра­виль­но по­стро­е­но изоб­ра­же­ние со­бач­ки в вер­ти­каль­ном плос­ком зеркале?

Ответ:

Какую энер­гию по­треб­ля­ет элек­три­че­ская плит­ка при силе тока 6 А за 20 мин, если со­про­тив­ле­ние её спи­ра­ли 25 Ом?

1) 1 080 000 Дж

Ответ:

Какая частица Х выделяется в реакции ?

1) электрон

2) нейтрон

4) альфа-частица

Ответ:

Жёсткость пружины динамометра, изображённого на рисунке, равна

Ответ:

Ученик провёл измерения периода колебаний физического маятника для двух случаев. Результаты опытов представлены на рисунке.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Период колебаний маятника зависит от длины нити.

2) При увеличении длины нити в 4 раза период колебаний увеличивается в 2 раза.

3) Период колебаний маятника на Луне будет меньше, чем на Земле.

4) Период колебаний маятника зависит от географической широты местности.

5) Период колебаний маятника не зависит от массы груза.

Ответ:

В масс-спектрографе

1) электрическое и магнитное поля служат для ускорения заряженной частицы

2) электрическое и магнитное поля служат для изменения направления движения заряженной частицы

3) электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления её движения

4) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для её ускорения

Масс-спектрограф

где U B - индукция магнитного поля; m и q

Ответ:

При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица,

1) увеличится в раза

2) увеличится в 2 раза

3) уменьшится в раза

4) уменьшится в 2 раза

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.

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:

где U - электрическое напряжение ускоряющего электрического поля; B - индукция магнитного поля; m и q - соответственно 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.