ядро изотопа водорода протия движется в однородном магнитном поле

Протон и дейтрон (ядро изотопа водорода 2H1) влетают в однородное магнитное поле

Условие задачи:

Протон и дейтрон (ядро изотопа водорода \(<>_1^2<\text>\)) влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Как связаны между собой периоды \(T_1\) и \(T_2\) обращения по окружностям, соответственно, протона и дейтрона (массы протона и нейтрона считать равными)?

Задача №8.2.27 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Решение задачи:

Под действием силы Лоренца заряженная частица в магнитном поле будет совершать равномерное движение по окружности. Очевидно, что если частица движется по окружности радиуса \(R\) со скоростью \(\upsilon\), то период обращения \(T\), то есть время, за которое частица сделает один оборот (или пройдет одну длину окружности, равную \(2\pi R\)), можно найти так:

Силу Лоренца \(F_Л\) определяют по следующей формуле:

Здесь \(B\) – индукция магнитного поля, \(\upsilon\) – скорость заряженной частицы, \(q\) – модуль заряда частицы, \(\alpha\) – угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции.

Направление действия силы Лоренца определяется правилом левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в нее, а четыре вытянутых пальца направить по направлению движения положительного заряда (или против направления отрицательного заряда), то большой палец, оставленный на 90°, покажет направление силы Лоренца. В нашем случае (при таком направлении вектора магнитной индукции) сила Лоренца направлена влево.

Сила Лоренца \(F_Л\) сообщает заряженной частице центростремительное ускорение \(a_ц\), поэтому из второго закона Ньютона следует, что:

Центростремительное ускорение \(a_ц\) можно определить через скорость \(\upsilon\) и радиус кривизны траектории \(R\) по формуле:

Подставим (4) в (3), тогда:

Приравняем правые части (2) и (5):

Откуда отношение \(\frac<\upsilon>\), которое нам будет нужно в ходе дальнейшего решения, равно:

Полученное выражение подставим в (1):

Запишем полученную формулу дважды для определения периодов обращения протона и дейтрона:

Поделим нижнее равенство на верхнее, тогда искомое отношение \(\frac\) равно:

Ответ: \(\frac<<>><<>> = 2\).

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Источник

Ядро изотопа водорода протия движется в однородном магнитном поле

Ядро изотопа водорода 313f7c8d6c1976b8f5ed73c006e71ac2— дейтерия — движется в однородном магнитном поле с индукцией 9fbcc5590e680df2b93c14a37351de12перпендикулярно вектору В индукции по окружности радиусом 10 м. Определите скорость ядра.

Ядро дейтерия движется в магнитном поле под действием силы Лоренца a4ae56a55eaa942aaf0cb839f0f62db6По второму закону Ньютона 5f73f8fab1c654241e01cf399e10c8abПри этом ядро дейтерия движется по окружности с центростремительным ускорением 03c2fda8074d39ab054900932eb67d78Заряд и массу ядра дейтерия находим в справочнике.

Объединяя формулы, находим скорость движения ядра дейтерия в магнитном поле:

49146568bbcfc5bf00a25697ddb9bf07

Критерии оценивания выполнения задания Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) сделан правильный рисунок с указанием сил, действующих на контур;

III) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

IV) представлены необходимые математические преобразования и расчёты (подстановка числовых данных в конечную формулу), приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

V) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

3
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеется один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пунктам II и III, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Отсутствует пункт V, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины)

2
Представлены записи, соответствующие одному из следующих

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Источник

Ядро изотопа водорода протия движется в однородном магнитном поле

Ядро изотопа водорода 313f7c8d6c1976b8f5ed73c006e71ac2— дейтерия — движется в однородном магнитном поле с индукцией 9fbcc5590e680df2b93c14a37351de12перпендикулярно вектору В индукции по окружности радиусом 10 м. Определите скорость ядра.

Ядро дейтерия движется в магнитном поле под действием силы Лоренца a4ae56a55eaa942aaf0cb839f0f62db6По второму закону Ньютона 5f73f8fab1c654241e01cf399e10c8abПри этом ядро дейтерия движется по окружности с центростремительным ускорением 03c2fda8074d39ab054900932eb67d78Заряд и массу ядра дейтерия находим в справочнике.

Объединяя формулы, находим скорость движения ядра дейтерия в магнитном поле:

49146568bbcfc5bf00a25697ddb9bf07

Критерии оценивания выполнения задания Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) сделан правильный рисунок с указанием сил, действующих на контур;

III) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

IV) представлены необходимые математические преобразования и расчёты (подстановка числовых данных в конечную формулу), приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

V) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

3
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеется один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пунктам II и III, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Отсутствует пункт V, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины)

2
Представлены записи, соответствующие одному из следующих

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Источник

Строение атома водорода и его изотопов

Изотопы водорода

Задача 781.
Описать атомы протия, дейтерия и трития. В чем различие этих атомов? Какие изотопы водорода стабильны?
Решение:
Водород имеет три изотопа: протий (или Н), дейтерий (или D) и тритий (или Т). Массовые доли их соответственно равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий – стабильные изотопы водорода, тритий – радиоактивен (период полураспада 12,5 лет).

Ядро атома протия содержит один протон, а ядро дейтерия и протия включает, кроме протона, соответственно один и два нейтрона. Таким образом, атомы протия, дейтерия и трития содержат на энергетическом уровне по одному электрону, различаются только ядра изотопов: протий содержит только протон, дейтерий – протон и нейтрон, а тритий – протон и два нейтрона. Простое вещество водорода состоит из двухатомных молекул: Н2, D2, Т2.

Энергетическая схема образования молекулы

б) Строение молекулы Н2 с позиций метода ВС можно представить так:

H . + . H ↔ H (:) H

gl 8 782

gl 8 782a

в) Энергетическая схема образования молекулы (Н3) по методу МО:

gl 8 782b

Водородная связь

Задача 783.
Почему между молекулами водорода и молекулами кислорода не образуются водородные связи?
Решение:
Атом водорода, соединённый с атомом сильно электроотрицательного элемента (О, F, N, и др.), способен к образованию ещё одной химической связи с другим подобным атомом. Эта связь намного слабее обычной ковалентной и называется водородной связью, обозначается тремя точками:

HF . HF

Возникновение водородной связи можно объяснить действием электростатических сил. Так при образовании полярной ковалентной связи между атомом водорода и атомом фтора, который характеризуется высокой электроотрицательностью, электронное облако, первоначально принадлежащее атому водорода, сильно смещено в сторону атома фтора. В результате атом фтора приобретает значительный эффективный отрицательный заряд, а ядро водорода (протон) с внешней по отношению к атому фтора стороны почти лишается электронного облака. Между атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряжённым атомом фтора соседней молекулы HF возникает электростатическое притяжение, что и приводит к образованию водородной связи. Процесс образования водородной связи между двумя молекулами HF может быть представлен схемой:

gl 8 783

Молекулы Н2 и О2 – нейтральные частицы, образованные неполярными ковалентными связями, не являются диполями, поэтому при приближении их друг к другу сил электро-статического взаимодействия не наблюдается, никаких дополнительных химических связей не образуется, наоборот, при приближении их будут наблюдаться силы отталкивания.

Источник

Ядро изотопа водорода протия движется в однородном магнитном поле

Горизонтальный проводник длиной 1 м движется равноускоренно в вертикальном однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,5 Тл. Скорость проводника горизонтальна и перпендикулярна проводнику (см. рисунок). При начальной скорости проводника, равной нулю, проводник переместился на 1 м. ЭДС индукции на концах проводника в конце перемещения равна 2 В. Каково ускорение проводника?

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

По прямому горизонтальному проводнику длиной 1 м с площадью поперечного сечения 381981b9f545419882b960d63f0199e8подвешенному с помощью двух одинаковых невесомых пружинок жёсткостью 100 Н/м, течёт ток ba9cb888ccdb14f7cde4f26300351c33(см. рисунок).

Какой угол 7b7f9dbfea05c83784f8b85149852f08составляют оси пружинок с вертикалью после включения вертикального магнитного поля с индукцией 8d5f3a68b85a1a3875996b63f492d2b9если абсолютное удлинение каждой из пружинок при этом составляет e9e15169e41716a8c55ba6bb201662b6? (Плотность материала проводника 2d7927e9310d0524f01754dfeb81fa9c)

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Катод фотоэлемента с работой выхода 9ff047c4f6f18ee48434c2726cb1f4c3освещается светом частотой e982cbd3a8e27b3afd997dbf3347e344Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией 185080f239930e31bf7bf96afd5a5a7fперпендикулярно линиям индукции этого поля. Чему равен максимальный радиус окружности R, по которой движутся электроны?

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

В однородном магнитном поле, индукция которого 34b63f52558e2efab7820ac2329f059fпротон движется перпендикулярно вектору магнитной индукции В по окружности радиусом 5 м. Определите скорость протона.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

В однородном магнитном поле с индукцией 927f955c0ebc88161f929f1c16d19877протон движется перпендикулярно вектору 69e3966668f4dabe833bedf0903ccb0cиндукции со скоростью 18fcd017673b39c4a9f8897e7668252dОпределите радиус траектории протона.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ядро изотопа водорода 313f7c8d6c1976b8f5ed73c006e71ac2— дейтерия — движется в однородном магнитном поле с индукцией 9fbcc5590e680df2b93c14a37351de12перпендикулярно вектору В индукции по окружности радиусом 10 м. Определите скорость ядра.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 36be612646e22553fb1b6ae687ba7f25перпендикулярно линиям индукции этого поля и движется по окружности радиуса 99eb3a409d2915f662b11a9943e45f9eВычислите скорость электрона.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

В однородном магнитном поле с индукцией 15ed5b683214a0237d8be5ec368cfb59направленной вертикально вниз, равномерно вращается в горизонтальной плоскости против часовой стрелки положительно заряженный шарик массой 86c561094c398ae32ba840528359ff2aподвешенный на нити длиной 2db95e8e1a9267b7a1188556b2013b33(конический маятник). Угол отклонения нити от вертикали равен α, скорость движения шарика равна 875a8e16e5b5652decea7852c96c2130Найдите заряд шарика.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов 0c15df283c8043c282ab3c192787a351&nbspкВ и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции 69e3966668f4dabe833bedf0903ccb0c(см. рисунок). Радиус траектории движения иона в магнитном поле 4f5670eb2800492bdd20e5b9d58f3de8м, модуль индукции магнитного поля равен 0,5 Тл. Определите отношение массы иона к его электрическому заряду 10e2aafd86dd7a00cda17f2f96874ff7Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегите.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов 0c15df283c8043c282ab3c192787a351кВ и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции 69e3966668f4dabe833bedf0903ccb0c(см. рисунок). Радиус траектории движения иона в магнитном поле 4f5670eb2800492bdd20e5b9d58f3de8м, отношение массы иона к его электрическому заряду 1d1658c350ea64337b2f1b870b8c84a6Определите значение модуля индукции магнитного поля. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегите.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов 91d622c9581b96a27d09079f586bf5c6и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции 69e3966668f4dabe833bedf0903ccb0c(см. рисунок). Отношение массы иона к его электрическому заряду 06523231b890133120b98925e7d595f2кг/Кл. Определите радиус траектории движения иона в магнитном поле, если 0a127b51a5e9557369887a85767764e4Тл. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегите.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов 0c15df283c8043c282ab3c192787a351кВ и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции 69e3966668f4dabe833bedf0903ccb0c(см. рисунок). Радиус траектории движения иона в магнитном поле 4f5670eb2800492bdd20e5b9d58f3de8м, модуль индукции магнитного поля равен 0,5 Тл. Определите отношение массы иона к его электрическому заряду 10e2aafd86dd7a00cda17f2f96874ff7Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегите.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов U и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции 69e3966668f4dabe833bedf0903ccb0c(см. рисунок). Радиус траектории движения иона в магнитном 4f5670eb2800492bdd20e5b9d58f3de8м, индукции магнитного поля 2d6c9e37e1eda6b7b49142f2c8edd35eТл, оношение электрического заряда иона к его массе 55e949b5c4851e01fd47b019decf954cКл/кг. Определите численное значение U. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегите.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

В зазоре между полюсами электромагнита вращается с угловой скоростью ω = 100 с –1 проволочная рамка в форме полуокружности радиусом r = 5 см, содержащая N = 20 витков провода. Ось вращения рамки проходит вдоль оси О рамки и находится вблизи края области с постоянным однородным магнитным полем с индукцией В = 1 Тл (см. рисунок), линии которого перпендикулярны плоскости рамки. Концы обмотки рамки замкнуты через скользящие контакты на резистор с сопротивлением R = 25 Ом. Пренебрегая сопротивлением рамки, найдите тепловую мощность, выделяющуюся в резисторе.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

По горизонтально расположенным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением могут скользить два одинаковых стержня массой 8d3ff801374337ea940eae8fd3567223и сопротивлением f0c2e7d83803c5c0251079edb0107285каждый. Расстояние между рельсами 143521fbdf9d85e391ccf87d8041c755а коэффициент трения между стержнями и рельсами 6743f9d1cbffbf9aadc84be715731861Рельсы со стержнями находятся в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией 894ec6a4346fae9194a645ea79df7d54(см. рисунок). Под действием горизонтальной силы, действующей на первый стержень вдоль рельс, оба стержня движутся поступательно равномерно с разными скоростями. Какова скорость движения первого стержня относительно второго? Самоиндукцией контура пренебречь.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Стержень с током силой I = 4 А, находящийся в однородном магнитном поле с индукцией B = 0,2 Тл, движется с ускорением a = 1,9 м/с 2 вверх по наклонной плоскости, образующей угол α = 30° с горизонтом (см. рисунок). Найдите отношение массы стержня к его длине. Трением пренебречь.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

На рисунке приведён график зависимости модуля индукции B магнитного поля от времени t. В это поле перпендикулярно линиям магнитной индукции помещён проводящий прямоугольный контур сопротивлением R = 50 мОм. Найдите площадь контура, если за все время в контуре выделилось 1,5 мДж теплоты.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

В постоянном однородном магнитном поле с индукцией B = 0,2 Тл находится прямоугольная проволочная рамка, сделанная из проволоки длиной 8 см, по которой пропускают ток силой I = 20 мА. Какое максимальное значение может иметь действующий на эту рамку момент сил Ампера?

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Квадратная рамка со стороной l = 10 см подключена к источнику постоянного тока серединами своих сторон так, как показано на рисунке. На участке АС течёт ток I = 2 А. Сопротивление всех сторон рамки одинаково. В однородном магнитном поле, вектор индукции которого направлен перпендикулярно плоскости рамки, результирующая сила Ампера, действующая на рамку, F = 80 мН. Определите модуль вектора индукции магнитного поля В. Сделайте рисунок с указанием сил Ампера, действующих на все стороны рамки.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Проводник массой 40 г и длиной 10 см равномерно скользит вниз в однородном магнитном поле с индукцией 0,4 Тл, вектор которого направлен от наблюдателя (см. рис.). При этом на конденсаторе накапливается заряд 8 мкКл. Найдите энергию, которая накопится на конденсаторе, если сопротивление на резисторе 5 мОм.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион с зарядом 880f0ca39f7eda4f853540558cd0671dКл и массой 6c730442d644e53fcb141339f35a39fbкг проходит ускоряющую разность потенциалов U. После он влетает в магнитное поле с индуктивностью и движется в нем по окружности с радиусом R = 0,25 м. Найдите ускоряющую разность потенциалов U (υ, mg пренебрегаем).

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

На горизонтальном столе лежит прямой проводник массой m = 40 г и длиной l = 60 см. В области столка создано однородное вертикальное магнитное поле. На рисунке показано сечение проводника, направление тока и вектор магнитной индукции. Если через проводник пропускать достаточно большой ток, то проводник скользит по столу, двигаясь поступательно. Какова индукция магнитного поля, если при силе тока I = 10 А проводник движется равномерно.? Коэффициент трения между проводников и поверхностью стола равен 0,3. Сделайте рисунок с указанием сил.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Ион зарядом 8bbcd21af4ec8b59c1c022df4e7d545fи массой 0025e8cdf5336d9bdf4352a7247a18ebразгоняется электрическим полем с разностью потенциалов 18ffc73a0cedf8009721f8c76c6a3060Затем он попадает в магнитное поле, где движется по окружности радиусом 0,3 м. Найдите индукцию магнитного поля B. Считать начальную скорость равной 0, действием силы тяжести пренебречь.

Загрузка решений доступна для зарегистрировавшихся пользователей

Источник

Читайте также:  толщина металлочерепицы для кровли дома оптимальная
Оцените статью
Мой дом
Adblock
detector