2012《金榜夺冠》物理一轮第九章第三单元第5课时

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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

2、场强度大小为E，方向向下；磁感应强度大小为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：1．E/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：v＝E/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

3、否适合v＝E/B，都不能从左端选择出来．3．当正粒子的速度v′＞v＝E/B时，则qv′B＞qE，粒子向上偏转；当正粒子的速度v′＜v＝E/B时，则qv′B＜qE，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

4、个磁场的离子一定满足qvB＝qE，即v＝E/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：①带电粒子注入器；②加速电场；③速度选择器(B1、E)；④偏转磁场(B2)；⑤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

5、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B1、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

6、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qvB1＝qE，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qvB1＝qE，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

7、速度选择器的质谱仪如右图所示，在加速电场中mv2＝qU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()A．a的电荷量一定大于b的电荷量B．a的电荷量一定小于b的电荷量C．a的质量一定大于b的质量D．a的比荷(qa/ma)大于b的比荷(qb/mb)2．解析：在加速电场中，mv2＝qU，在偏转磁场中，qvB＝，r＝，以上三式可解得：

8、因为x2＞x1，所以qa/ma＞qb/