高中物理第9章第三单元 第5课时课件

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“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．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/B

qvB

qE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：D2．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．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qvB1＝qE，得v＝

就是说，只有符合

＝的粒子在速度选择器中，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(q

a/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：因为x2＞x1，所以qa/ma＞qb/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，①粒子源；②两个D形金属盒；③巨大的电磁铁；④高频电源；⑤粒子引出装置．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

解析：(1)带电粒子在磁场中，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Ek＝n(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)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：qvB＝qE，由此得：E＝Bv电势差U＝Eh＝Bhv.又I＝nqSv，S为导体的横截面积S＝hd得：v＝所以U＝Bhv＝＝

.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B∝U.只要将磁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ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为()基础回顾考点五磁偏转技术1．电视机的显像管中，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fB＝evB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”的比较分类项目电偏转磁偏转偏转产生条件电子以速度v0垂直射入匀强电场电子以速度v0垂直射入匀强磁场受力特征F＝eE(恒力)f＝ev0B(变力)运动性质匀变速曲线运动匀速圆周运动轨迹抛物线圆或圆弧处理方法运动的合成与分解匀速圆周运动知识运动规律偏转角动能变化动能增大动能不变题型训练5．如下图所示为电视机显像管示意图．电子束经过电压为U＝2×103V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＝10cm.磁场右边界到荧光屏的距离为L＝20cm.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＝30cm，电子的质量为m＝9×10－31kg，电子的电荷量e＝1.6×10－19C．求此时磁场的