《金榜夺冠》物理一轮第九章第三单元第5课时.ppt

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1、第三单元复合场问题及STS问题第5课时复合场中的STS题型探究,选修3-1 第九章磁场,“STS”是“科学技术社会”的简称物理学是前人在认识与探索自然的过程中通过总结、归纳、抽象、验证而逐步建立、不断完善起来的一门自然科学物理学与“STS”有着天然的、广泛的、更直接的联系带电粒子在复合场中运动的实际应用有速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器、霍尔效应、电磁流量计、电磁偏转技术等,基础回顾,考点一 速度选择器,1.含义：如右图所示，由于所受重力可忽略不计，运动方向相同而速率不同的正粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中,已知电场强度大小为E，方向向下；磁感应强度大

2、小为B，方向垂直纸面向,里若具有某一水平速度v的带电粒子能沿着图中所示的虚线穿过而不发生偏转，其他速度的带电粒子将发生偏转这种器件就能把具有以上速度v的粒子选择出来，所以叫做速度选择器,2射入速度必须适合的条件是：v_.根据是：_.,答案：1E/BqvBqE,要点深化,特点：分为三个方面1速度选择器只选择速度，与荷质比无关，也与电性无关；如换负电荷从左端射入，只要速度适合：vE/B，也一样可从右端选择出来2若从右端射入，而复合电磁场的方向没有相应改变，则无论速度是否适合vE/B，都不能从左端选择出来3当正粒子的速度vvE/B时，则qvBqE，粒子向上偏转；当正粒子的速度vvE/B时，则qvBq

3、E，粒子向下偏转,题型训练,1.如图所示，一束正离子垂直地射入正交的匀强磁场和匀强电场区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向未发生任何偏转如果让这些不偏转的离子再垂直进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分成几束对这些进入后一磁场的不同轨迹的离子，可得出结论(),A它们的动量一定各不相同B它们的电荷量一定各不相同C它们的质量一定各不相同D它们的电荷量与质量之比一定各不相同,解析：从第一个磁场进入另一个磁场的离子一定满足qvBqE，即vE/B，这些离子的速度相同，又在后一磁场中，由于v、B相同，而R不同，所以m/q不同答案：D,基础回顾,考点二 质谱仪,1结构：带电粒子注入器；加速电场；速度选择

4、器(B1、E)；偏转磁场(B2)；照相底片,2含义：含有电荷相同而质量有微小差别的粒子，它们经过电势差为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线状的细线，如右图所示(M、N线)每一条谱线对应于一定的_，从谱线的位置可以知道圆周的半径，又已知带电粒子的电荷量q，可以算出带电粒子的_，所以叫做质谱线,3用途：质谱仪是测量带电粒子的_和分析同位素的重要工具径,4原理：如上图所示，设有质量为m、电荷量为q的带负电粒子(不计重力)粒子从注入器进入加速电场的初速度为零，经过电势差为U的电场加速，进入磁感应强度为B

5、1、电场强度为E的速度选择器，后进入磁感应强度为B2的偏转磁场，沿着半圆周到达记录它的照相底片上，假设是M点，M点距离小孔O为x.则带电粒子的质量m_.,答案：2质量质量3.质量,要点深化,1质谱仪加入速度选择器，目的是对选择速度相同的同位素通过偏转磁场进行检测这样对加速电场的电压就提出了要求 带电粒子经过加速电场后获得的动能,而在速度选择器中，由qvB1qE，得v,就是说，只有符合,的粒子,才能从选择器的小孔中进入偏转电场,由此得U，U要随着同位素的质量的改变而改变如果U不变，有许多不同的同位素从该加速电场加速后进入速度选择器，则那些不符合 条件的粒子将发生偏转，无法进入偏转磁场只有符合 即

6、 的同位素才能进入偏转磁场，这样在照相底片上仅有一条线，故本装置有一定的局限性,2关于 的推导,在速度选择器中，由qvB1qE，得v，在偏转磁场中，有qvB2，而由图知轨迹半径r，以上三式可解得：.,3去除速度选择器的质谱仪,如右图所示，在加速电场中 mv2qU在偏转磁场中qvB，r以上三式可解得：m.,题型训练,2.如图所示是质谱仪工作原理的示意图带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为零)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则(),Aa的电荷量一定大于b的电荷量Ba的电荷量一定小于b的电荷

7、量Ca的质量一定大于b的质量Da的比荷(q a/ma)大于b的比荷(qb/mb),2解析：在加速电场中，mv2qU，在偏转磁场中，qvB，r，以上三式可解得：因为x2x1，所以qa/maqb/mb，本题由于没有说明是研究同位素的，故AB不能选,答案：D,基础回顾,考点三 回旋加速器,1.构造：如右图所示，粒子源；两个D形金属盒；巨大的电磁铁；高频电源；粒子引出装置,2原理：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其周期T 跟运动_和轨道_无关，对一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的因此，尽管粒子的速率和半径一次比一次增大，运动周期却始终不变这样，如果在两个D形盒间形成一个交变电场

8、，使它也以_的周期T 往复变化，那就可以保证粒子每经过两个D形盒之间时都正好赶上适合的电场方向而被_ 3用途：回旋加速器是产生大量高能量(主要是动能)的带电粒子的实验设备,答案：2速率半径相同加速,要点深化,1带电粒子在回旋加速器内运动，决定其最终能量的因素由于盒的半径的约束，粒子最终从加速器内射出时应具有相同的旋转半径根据牛顿运动定律：qvB，得：v.故粒子离开加速器时获得的动能为Ek mv2 故要提高加速粒子最后的能量，应尽可能增大磁感应强度B和加速器的半径r.,2决定带电粒子在回旋加速器运动时间长短的因素 带电粒子在回旋加速器内运动时间长短，与带电粒子做匀速圆周运动的周期有关，同时还与带

9、电粒子在磁场中转动的圈数有关设带电粒子在磁场中转动的圈数为n，加速电压为U.因每加速一次粒子获得能量为qU，每圈有两次加速结合Ekn 知，2nqU，因此n.所以带电粒子在回旋加速器内运动时间,题型训练,3.如右图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，使质子由静止加速到的最大动能为Ek后，由A孔射出，忽略带电粒子在电场中运动的时间求：,(1)加速器中匀强磁场B的大小和方向(2)设两D形盒间距为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经过电场加速后动能增加，加速到上述最大动能所需回旋周数为多少？(3)加速到上述最大动能所需时间为多少？,解析：(1)带电粒子在磁场

10、中，由qvB 得 v把它代入Ek 得：Ek.所以B，方向竖直向下,mv2,(2)带电粒子每经过一个周期被电场加速二次，动能增加2qU，则Ekn(2qU)，所以加速到上述最大动能所需回旋周数为n.,(3)带电粒子在磁场中运行周期：,所以t总nT,答案：(1)方向竖直向下(2)(3),基础回顾,考点四 霍尔效应,含义：如右图所示，厚度为h，宽度为d的超导体板(也称为霍尔导体)放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流I通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应此电势差称为霍尔电压,霍尔系数：当磁场不太大时，霍尔电压U跟I和B的关系为U，式中的比例系数K称为

11、霍尔系数,要点深化,1霍尔电压U 的推导,设霍尔导体中自由电荷(也称为载流子)是自由电子图中电流方向向右，则电子受洛伦兹力向上，在上表面A积聚电子，直到平衡时：qvBqE，由此得：EBv电势差UEhBhv.又InqSv，S为导体的横截面积Shd得：v所以UBhv.,2测定导体内自由电荷的浓度n，判断导体内是何种自由电荷只要测出B、I、U和d，可得霍尔系数K和n.测出霍尔电压U的正、负，即可判断自由电荷的类型3磁强计测量磁感应强度B的仪器,磁强计中有一块导体，接有a、b、c、d四个电极，导体置于匀强磁场中，如右图所示，a、b间通有电流I，c、d间出现电势差U.由上面的讨论可得B，则BU.只要将磁

12、强计在已知的磁场中定好刻度，即可通过测量U来确定B.,题型训练,4.如图所示是电磁流量计的原理图，横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道连接(图中虚线),图中流量计的上下两面是金属材料，前后两侧面是绝缘材料现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，则可求得流量为(),解析：I，r，evB，Qvbc，以上各式解得：,答案：A,基础回顾,考点五 磁偏转技术,1电视

13、机的显像管中，电子束的偏转是用_技术实现的，下图就是电视机显像管的示意图,2.受力特征在“磁偏转”中，质量为m，电荷量为e的电子以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中时，所受的洛伦兹力fBevB与粒子的速度v有关，fB所产生的加速度使电子的速度方向发生变化，而速度方向的变化反过来又导致fB的方向变化，fB是变力3运动规律在“磁偏转”中，变化的fB使电子做变速曲线运动匀速圆周运动,答案：1磁偏转,要点深化,电子“电偏转”和“磁偏转”的比较,题型训练,5如下图所示为电视机显像管示意图电子束经过电压为U2103 V的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区磁场方向垂直于圆面向里，磁场区的中心为O，半径r

14、10 cm.磁场右边界到荧光屏的距离为L20 cm.当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心P0点，为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子偏转，已知 30 cm，电子的质量为m91031 kg，电子的电荷量e1.61019 C求此时磁场的磁感应强度B.,解析：电子束经过电场加速后，根据动能定理可以求出进入磁场时的速度，在磁场中受洛伦兹力的作用电子将发生偏转，要求出磁感应强度值，就应求粒子做圆周运动的半径如下图所示，电子在磁场中沿圆弧ab运动，圆心为C，半径为R，以v表示电子进入磁场时的速度,在加速电场，根据动能定理，有：,eU mv2,洛伦兹力提供向心力，有：,由图可知：,联立并代入数据解得：,答案：,祝,您,学业有成,