

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 пролета от источника до регистрирующего устройства.
В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.
Ответ: частица 1 имеет положительный электрический заряд.
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Представлен правильный ответ на вопрос, и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок | 2 |
| Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, хотя содержит оба элемента правильного ответа или указание на физические явления (законы), причастные к обсуждаемому вопросу. ИЛИ Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован | 1 |
| Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос. ИЛИ Ответ на вопрос неверен независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсутствуют | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.


В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.
Ответ: частица 1 имеет положительный электрический заряд.
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Представлен правильный ответ на вопрос, и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок | 2 |
| Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, хотя содержит оба элемента правильного ответа или указание на физические явления (законы), причастные к обсуждаемому вопросу. ИЛИ Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован | 1 |
| Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос. ИЛИ Ответ на вопрос неверен независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсутствуют | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.


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 ее движения
4) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для ее ускорения
Из первого абзаца ясно, что в масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления ее движения.
Правильный ответ указан под номером 3.


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
На частицу, двигающуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца:
где υ — скорость частицы, q — заряд частицы, B — индукция магнитного поля, sinα — угол между направлением магнитной индукции и скоростью движения частицы. При увеличении силы Лоренца, частица будет сильнее отклоняться от первоначального направления движения, следовательно, радиус окружности будет уменьшаться. Аналогичный результат следует из формулы, указанной в параграфе 3.
Правильный ответ указан под номером 4.


Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1. В масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления ее движения.
2. В масс-спектрографе электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для ее ускорения.
3. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица, увеличится в 2 раза.
4. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица, уменьшится в раз.
5. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица, уменьшится в 2 раза.
Из первого абзаца ясно, что в масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления ее движения.
На частицу, двигающуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца:
где υ — скорость частицы, q — заряд частицы, B — индукция магнитного поля, sinα — угол между направлением магнитной индукции и скоростью движения частицы. При увеличении силы Лоренца, частица будет сильнее отклоняться от первоначального направления движения, следовательно, радиус окружности будет уменьшаться. Аналогичный результат следует из формулы, указанной в пункте 3.
Ответ: 1 и 5.


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 пролета от источника до регистрирующего устройства.
В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.
Ответ: частица 1 имеет положительный электрический заряд.
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Представлен правильный ответ на вопрос, и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок | 2 |
| Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, хотя содержит оба элемента правильного ответа или указание на физические явления (законы), причастные к обсуждаемому вопросу. ИЛИ Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован | 1 |
| Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос. ИЛИ Ответ на вопрос неверен независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсутствуют | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.


В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.
Ответ: частица 1 имеет положительный электрический заряд.
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Представлен правильный ответ на вопрос, и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок | 2 |
| Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, хотя содержит оба элемента правильного ответа или указание на физические явления (законы), причастные к обсуждаемому вопросу. ИЛИ Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован | 1 |
| Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос. ИЛИ Ответ на вопрос неверен независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсутствуют | 0 |
| Максимальный балл | 2 |
Объяснение: на заряженные частицы, влетевшие в магнитное поле масс-спектрографа, действует сила Лоренца, которая изменяет направление движения частицы. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Изменение направления движения для частицы 1 соответствует случаю, когда частица имеет положительный заряд.


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 ее движения
4) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для ее ускорения
Из первого абзаца ясно, что в масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления ее движения.
Правильный ответ указан под номером 3.


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
На частицу, двигающуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца:
где υ — скорость частицы, q — заряд частицы, B — индукция магнитного поля, sinα — угол между направлением магнитной индукции и скоростью движения частицы. При увеличении силы Лоренца, частица будет сильнее отклоняться от первоначального направления движения, следовательно, радиус окружности будет уменьшаться. Аналогичный результат следует из формулы, указанной в параграфе 3.
Правильный ответ указан под номером 4.


Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1. В масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления ее движения.
2. В масс-спектрографе электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для ее ускорения.
3. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица, увеличится в 2 раза.
4. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица, уменьшится в раз.
5. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица, уменьшится в 2 раза.
Из первого абзаца ясно, что в масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления ее движения.
На частицу, двигающуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца:
где υ — скорость частицы, q — заряд частицы, B — индукция магнитного поля, sinα — угол между направлением магнитной индукции и скоростью движения частицы. При увеличении силы Лоренца, частица будет сильнее отклоняться от первоначального направления движения, следовательно, радиус окружности будет уменьшаться. Аналогичный результат следует из формулы, указанной в пункте 3.
Ответ: 1 и 5.
Наверх

