高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第九章 第三單元 第5課時(shí) 復(fù)合場中的STS題型探究課件 選修31

高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理第三單元復(fù)合場問題及第三單元復(fù)合場問題及STS問題問題第第5課時(shí)課時(shí)復(fù)合場中的復(fù)合場中的STS題型探究題型探究 選修3-1 第九章磁場高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理“STS”是“科學(xué)技術(shù)社會(huì)”的簡稱物理學(xué)是前人在認(rèn)識(shí)與探索自然的過程中通過總結(jié)、歸納、抽象、驗(yàn)證而逐步建立、不斷完善起來的一門自然科學(xué)物理學(xué)與“STS”有著天然的、廣泛的、更直接的聯(lián)系帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用有速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾效應(yīng)、電磁流量計(jì)、電磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)等高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)一 速度選擇器 1.含義：如右圖所示，由于所受重力可忽略不計(jì)，運(yùn)動(dòng)方向相同而速率不同的正粒子組成的粒子束射入相互正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場所組成的場區(qū)中已知電場強(qiáng)度大小為E，方向向下；磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 里若具有某一水平速度v的帶電粒子能沿著圖中所示的虛線穿過而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其他速度的帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)這種器件就能把具有以上速度v的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器 2射入速度必須適合的條件是：v_.根據(jù)是：_. 答案：1E/BqvBqE高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化特點(diǎn)：分為三個(gè)方面1速度選擇器只選擇速度，與荷質(zhì)比無關(guān)，也與電性無關(guān)；如換負(fù)電荷從左端射入，只要速度適合：vE/B，也一樣可從右端選擇出來2若從右端射入，而復(fù)合電磁場的方向沒有相應(yīng)改變，則無論速度是否適合vE/B，都不能從左端選擇出來3當(dāng)正粒子的速度vvE/B時(shí)，則qvBqE，粒子向上偏轉(zhuǎn)；當(dāng)正粒子的速度vvE/B時(shí)，則qvBqE，粒子向下偏轉(zhuǎn)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 1.如圖所示，一束正離子垂直地射入正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場區(qū)域里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動(dòng)方向未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子再垂直進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束對這些進(jìn)入后一磁場的不同軌跡的離子，可得出結(jié)論()A它們的動(dòng)量一定各不相同B它們的電荷量一定各不相同C它們的質(zhì)量一定各不相同D它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：從第一個(gè)磁場進(jìn)入另一個(gè)磁場的離子一定滿足qvBqE，即vE/B，這些離子的速度相同，又在后一磁場中 ，由于v、B相同，而R不同，所以m/q不同答案：D高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)二 質(zhì)譜儀 1結(jié)構(gòu)：帶電粒子注入器；加速電場；速度選擇器(B1、E)；偏轉(zhuǎn)磁場(B2)；照相底片高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 2含義：含有電荷相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，它們經(jīng)過電勢差為U的電場加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，它們進(jìn)入磁場后將沿不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)線，如右圖所示(M、N線)每一條譜線對應(yīng)于一定的_，從譜線的位置可以知道圓周的半徑，又已知帶電粒子的電荷量q，可以算出帶電粒子的_，所以叫做質(zhì)譜線 3用途：質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的_和分析同位素的重要工具徑高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 4原理：如上圖所示，設(shè)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子(不計(jì)重力)粒子從注入器進(jìn)入加速電場的初速度為零，經(jīng)過電勢差為U的電場加速，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1、電場強(qiáng)度為E的速度選擇器，后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的偏轉(zhuǎn)磁場，沿著半圓周到達(dá)記錄它的照相底片上，假設(shè)是M點(diǎn)，M點(diǎn)距離小孔O為x.則帶電粒子的質(zhì)量m_.答案：2質(zhì)量質(zhì)量3.質(zhì)量 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化 1質(zhì)譜儀加入速度選擇器，目的是對選擇速度相同的同位素通過偏轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行檢測這樣對加速電場的電壓就提出了要求 帶電粒子經(jīng)過加速電場后獲得的動(dòng)能而在速度選擇器中，由qvB1qE，得v 就是說，只有符合 的粒子高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理才能從選擇器的小孔中進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場 由此得U ，U要隨著同位素的質(zhì)量的改變而改變?nèi)绻鸘不變，有許多不同的同位素從該加速電場加速后進(jìn)入速度選擇器，則那些不符合 條件的粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，無法進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場只有符合 即 的同位素才能進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場，這樣在照相底片上僅有一條線，故本裝置有一定的局限性2關(guān)于 的推導(dǎo)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理在速度選擇器中，由qvB1qE，得v ，在偏轉(zhuǎn)磁場中，有qvB2 ，而由圖知軌跡半徑r ，以上三式可解得： . 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理3去除速度選擇器的質(zhì)譜儀如右圖所示，在加速電場中 mv2qU在偏轉(zhuǎn)磁場中qvB ，r以上三式可解得：m .高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 2.如圖所示是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速(在A點(diǎn)初速度為零)后，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后分別打在感光板S上的x1、x2處圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則()Aa的電荷量一定大于b的電荷量Ba的電荷量一定小于b的電荷量Ca的質(zhì)量一定大于b的質(zhì)量Da的比荷(q a/ma)大于b的比荷(qb/mb)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 2解析：在加速電場中， mv2qU，在偏轉(zhuǎn)磁場中，qvB ，r ，以上三式可解得： 因?yàn)閤2x1，所以qa/maqb/mb，本題由于沒有說明是研究同位素的，故AB不能選答案：D高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)三 回旋加速器1.構(gòu)造：如右圖所示，粒子源；兩個(gè)D形金屬盒；巨大的電磁鐵；高頻電源；粒子引出裝置高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理2原理：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期T 跟運(yùn)動(dòng)_和軌道_無關(guān)，對一定的帶電粒子和一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來說，這個(gè)周期是恒定的因此，盡管粒子的速率和半徑一次比一次增大，運(yùn)動(dòng)周期卻始終不變這樣，如果在兩個(gè)D形盒間形成一個(gè)交變電場，使它也以_的周期T 往復(fù)變化，那就可以保證粒子每經(jīng)過兩個(gè)D形盒之間時(shí)都正好趕上適合的電場方向而被_ 3用途：回旋加速器是產(chǎn)生大量高能量(主要是動(dòng)能)的帶電粒子的實(shí)驗(yàn)設(shè)備答案： 2速率半徑相同加速高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化 1帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)，決定其最終能量的因素由于盒的半徑的約束，粒子最終從加速器內(nèi)射出時(shí)應(yīng)具有相同的旋轉(zhuǎn)半徑根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律：qvB ，得：v .故粒子離開加速器時(shí)獲得的動(dòng)能為Ek mv2 故要提高加速粒子最后的能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和加速器的半徑r.高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 2決定帶電粒子在回旋加速器運(yùn)動(dòng)時(shí)間長短的因素 帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間長短，與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期有關(guān)，同時(shí)還與帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)有關(guān)設(shè)帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為n，加速電壓為U.因每加速一次粒子獲得能量為qU，每圈有兩次加速結(jié)合Ekn 知，2nqU ，因此n .所以帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 3.如右圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子，使質(zhì)子由靜止加速到的最大動(dòng)能為Ek后，由A孔射出，忽略帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間求：(1)加速器中勻強(qiáng)磁場B的大小和方向(2)設(shè)兩D形盒間距為d，其間電壓為U，電場視為勻強(qiáng)電場，質(zhì)子每次經(jīng)過電場加速后動(dòng)能增加，加速到上述最大動(dòng)能所需回旋周數(shù)為多少？(3)加速到上述最大動(dòng)能所需時(shí)間為多少？高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 解析：(1)帶電粒子在磁場中，由qvB 得 v把它代入Ek 得：Ek .所以B ，方向豎直向下mv2(2)帶電粒子每經(jīng)過一個(gè)周期被電場加速二次，動(dòng)能增加2qU，則Ekn(2qU)，所以加速到上述最大動(dòng)能所需回旋周數(shù)為n .高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理(3)帶電粒子在磁場中運(yùn)行周期：所以t總nT 答案：(1) 方向豎直向下(2) (3)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)四 霍爾效應(yīng) 含義：如右圖所示，厚度為h，寬度為d的超導(dǎo)體板(也稱為霍爾導(dǎo)體)放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流I通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)此電勢差稱為霍爾電壓霍爾系數(shù)：當(dāng)磁場不太大時(shí)，霍爾電壓U跟I和B的關(guān)系為U ，式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化1霍爾電壓U 的推導(dǎo)設(shè)霍爾導(dǎo)體中自由電荷(也稱為載流子)是自由電子圖中電流方向向右，則電子受洛倫茲力向上，在上表面A積聚電子，直到平衡時(shí)：qvBqE，由此得：EBv電勢差UEhBhv.又InqSv，S為導(dǎo)體的橫截面積Shd得：v所以UBhv .高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 2測定導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的濃度n，判斷導(dǎo)體內(nèi)是何種自由電荷只要測出B、I、U和d，可得霍爾系數(shù)K和n.測出霍爾電壓U的正、負(fù)，即可判斷自由電荷的類型3磁強(qiáng)計(jì)測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的儀器磁強(qiáng)計(jì)中有一塊導(dǎo)體，接有a、b、c、d四個(gè)電極，導(dǎo)體置于勻強(qiáng)磁場中，如右圖所示，a、b間通有電流I，c、d間出現(xiàn)電勢差U.由上面的討論可得B ，則BU.只要將磁強(qiáng)計(jì)在已知的磁場中定好刻度，即可通過測量U來確定B.高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 4.如圖所示是電磁流量計(jì)的原理圖，橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、 高分別為圖中的a、b、c.流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道連接(圖中虛線)圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩側(cè)面是絕緣材料現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于前后兩面當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值已知流體的電阻率為，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為()高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 解析：I ，r ，evB，Qvbc，以上各式解得：答案：A高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)五 磁偏轉(zhuǎn)技術(shù) 1電視機(jī)的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用_技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，下圖就是電視機(jī)顯像管的示意圖高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 2.受力特征在“磁偏轉(zhuǎn)”中，質(zhì)量為m，電荷量為e的電子以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中時(shí)，所受的洛倫茲力fBevB與粒子的速度v有關(guān)，fB所產(chǎn)生的加速度使電子的速度方向發(fā)生變化，而速度方向的變化反過來又導(dǎo)致fB的方向變化，fB是變力3運(yùn)動(dòng)規(guī)律在“磁偏轉(zhuǎn)”中，變化的fB使電子做變速曲線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)答案：1磁偏轉(zhuǎn)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化電子“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較分類項(xiàng)目電偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生條件電子以速度v0垂直射入勻強(qiáng)電場電子以速度v0垂直射入勻強(qiáng)磁場受力特征FeE(恒力)fev0B(變力)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡拋物線圓或圓弧處理方法運(yùn)動(dòng)的合成與分解勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律偏轉(zhuǎn)角動(dòng)能變化動(dòng)能增大動(dòng)能不變高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 5如下圖所示為電視機(jī)顯像管示意圖電子束經(jīng)過電壓為U2103 V的加速電場后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)磁場方向垂直于圓面向里，磁場區(qū)的中心為O，半徑r10 cm.磁場右邊界到熒光屏的距離為L20 cm.當(dāng)不加磁場時(shí)，電子束將通過O點(diǎn)而打到屏幕的中心P0點(diǎn)，為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子偏轉(zhuǎn)，已知 30 cm，電子的質(zhì)量為m91031 kg，電子的電荷量e1.61019 C求此時(shí)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：電子束經(jīng)過電場加速后，根據(jù)動(dòng)能定理可以求出進(jìn)入磁場時(shí)的速度，在磁場中受洛倫茲力的作用電子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，要求出磁感應(yīng)強(qiáng)度值，就應(yīng)求粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑如下圖所示，電子在磁場中沿圓弧ab運(yùn)動(dòng)，圓心為C，半徑為R，以v表示電子進(jìn)入磁場時(shí)的速度在加速電場，根據(jù)動(dòng)能定理，有：eU mv2高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理洛倫茲力提供向心力，有：由圖可知： 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得：答案：高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理祝祝您您