Задание 21 ЕГЭ по физике · 4EEAAD
Отбор ионов в конденсаторе
На рисунке показана схема устройства для предварительного отбора заряженных частиц, вылетающих из источника частиц (и.ч.), для последующего детального исследования. Устройство представляет собой конденсатор, пластины которого изогнуты дугой радиусом R.
При первоначальном напряжении U
в промежутке между обкладками конденсатора, не касаясь их, пролетают молекулы интересующего исследователей вещества, потерявшие один электрон. Во сколько раз нужно изменить напряжение на обкладках конденсатора, чтобы сквозь него могли пролетать такие же, но дважды ионизированные молекулы (потерявшие два электрона), имеющие такую же скорость? Считать, что расстояние между пластинами мало, напряжённость электрического поля в конденсаторе всюду одинакова по модулю, а вне конденсатора электрическое поле отсутствует. Влиянием силы тяжести пренебречь.
При первоначальном напряжении U
в промежутке между обкладками конденсатора, не касаясь их, пролетают молекулы интересующего исследователей вещества, потерявшие один электрон. Во сколько раз нужно изменить напряжение на обкладках конденсатора, чтобы сквозь него могли пролетать такие же, но дважды ионизированные молекулы (потерявшие два электрона), имеющие такую же скорость? Считать, что расстояние между пластинами мало, напряжённость электрического поля в конденсаторе всюду одинакова по модулю, а вне конденсатора электрическое поле отсутствует. Влиянием силы тяжести пренебречь.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Молекулы движутся по дуге окружности радиуса R. Центростремительную силу создаёт сила электрического поля конденсатора.
qE=mv2R
Для однократно ионизированной молекулы заряд по модулю равен q1=e. Поэтому при первоначальном напряжении U1=U выполняется:
eE1=mv2R
Дважды ионизированная молекула потеряла два электрона, поэтому её заряд по модулю равен q2=2e. Скорость, масса и радиус траектории остаются прежними.
2eE2=mv2R
Сравнивая два уравнения, получаем eE1=2eE2, то есть напряжённость поля нужно уменьшить в два раза. Так как расстояние между пластинами постоянно, E=U/d, поэтому напряжение также уменьшается в два раза.
U2U1=E2E1=12
qE=mv2R
Для однократно ионизированной молекулы заряд по модулю равен q1=e. Поэтому при первоначальном напряжении U1=U выполняется:
eE1=mv2R
Дважды ионизированная молекула потеряла два электрона, поэтому её заряд по модулю равен q2=2e. Скорость, масса и радиус траектории остаются прежними.
2eE2=mv2R
Сравнивая два уравнения, получаем eE1=2eE2, то есть напряжённость поля нужно уменьшить в два раза. Так как расстояние между пластинами постоянно, E=U/d, поэтому напряжение также уменьшается в два раза.
U2U1=E2E1=12
Пример ответа
Напряжение нужно уменьшить в 2 раза: U2=U/2.
Источник: Открытый банк ФИПИ 4EEAAD
Похожие задания
21В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис.…Изменение фототока при фиолетовом свете · 00B1EF21Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от…Равновесие капли в конденсаторе · 075D3921К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с…Зависимость тока от индуктивности · 0A303921На рисунке 1 приведена зависимость внутренней энергии U 1 моль идеального одноатомного газа от его давления р…Переход из координат U–p в p–V · 0A953321Линзу удерживают на расстоянии 3 см от тетрадного листа с клетками, на котором нарисованы направленные в одну…Определение фокусного расстояния линзы · 0B795A21Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью С1 = 2С, С2 = С, С3 = 4С и С4 = 2С подключена к источнику…Энергия батареи конденсаторов · 0C59AA
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.