《2012《金榜奪冠》物理一輪第九章第三單元第5課時(shí).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2012《金榜奪冠》物理一輪第九章第三單元第5課時(shí).ppt（37頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第三單元復(fù)合場(chǎng)問(wèn)題及STS問(wèn)題 第5課時(shí)復(fù)合場(chǎng)中的STS題型探究,選修3-1 第九章磁場(chǎng),“STS”是“科學(xué)技術(shù)社會(huì)”的簡(jiǎn)稱(chēng)物理學(xué)是前人在認(rèn)識(shí)與探索自然的過(guò)程中通過(guò)總結(jié)、歸納、抽象、驗(yàn)證而逐步建立、不斷完善起來(lái)的一門(mén)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(chǎng)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,,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(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)所組成的場(chǎng)區(qū)中,已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向向下；

2、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向,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(guò)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(lái)，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,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(wú)關(guān)，也與電性無(wú)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(lái) 2若從右端射入，而復(fù)合電磁場(chǎng)的方向沒(méi)有相應(yīng)改變，則無(wú)論速度是否適合vE/B，都不能從左端選擇出來(lái) 3當(dāng)正粒子的速度vvE/B時(shí)

3、，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),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(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來(lái)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(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束對(duì)這些進(jìn)入后一磁場(chǎng)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,解析：從第一個(gè)磁場(chǎng)進(jìn)入另一個(gè)磁場(chǎng)的離子一定滿(mǎn)足qvBqE，即vE/B，這些離子的速度相同，又在后一磁場(chǎng)中 ，由于v、B相同，而R不同，所以m/q

4、不同 答案：D,,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(chǎng)； 速度選擇器(B1、E)； 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)；照相底片,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(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們進(jìn)入磁場(chǎng)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(duì)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(cè)量帶電粒子的________和分析同位素的重要工具徑,4原理：如上圖所示

5、，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(chǎng)的初速度為零，經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1、電場(chǎng)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(chǎng)，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,要點(diǎn)深化,1質(zhì)譜儀加入速度選擇器，目的是對(duì)選擇速度相同的同位素通過(guò)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)這樣對(duì)加速電場(chǎng)的電壓就提出了要求 帶電粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后獲得的動(dòng)能,而在速度選擇器中，由qvB1qE，得v,就是說(shuō)，只有符合,,的粒子,,才能從選擇器的小孔中進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),由此得U

6、 ，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(chǎng)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(wú)法進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只有符合 即 的同位素才能進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，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),在速度選擇器中，由qvB1qE，得v ， 在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，有qvB2 ， 而由圖知軌跡半徑r ， 以上三式可解得： .,3去除速度選擇器的質(zhì)譜儀,如右圖所示，在加速電場(chǎng)中 mv2qU 在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中 qvB ，r 以上三式可解得：m .,題型訓(xùn)練,2.如圖所示是質(zhì)譜儀工

7、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(chǎng)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(guò)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),2解析：在加速電場(chǎng)中， mv2qU，在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，qvB ，r ，以上三式可解得： 因?yàn)閤2x1，所以qa/maqb/mb，本題由于沒(méi)有說(shuō)明是研究同位素的，故AB不能選,答案：D,,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

8、個(gè)D形金屬盒；巨大的電磁鐵；高頻電源；粒子引出裝置,2原理：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期T 跟運(yùn)動(dòng)________和軌道________無(wú)關(guān)，對(duì)一定的帶電粒子和一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，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(chǎng)，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(guò)兩個(gè)D形盒之間時(shí)都正好趕上適合的電場(chǎng)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,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

9、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(kāi)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.,,2決定帶電粒子在回旋加速器運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短的因素 帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)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(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)有關(guān)設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)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,題型訓(xùn)練

10、,3.如右圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來(lái)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間求：,(1)加速器中勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)子每次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)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？,,解析：(1)帶電粒子在磁場(chǎng)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(guò)一個(gè)周期被電場(chǎng)加速二次，動(dòng)能增加2qU，則 Ekn(2qU)， 所以加速

11、到上述最大動(dòng)能所需回旋周數(shù)為 n .,(3)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)行周期：,所以t總nT ,答案：(1) 方向豎直向下 (2) (3),,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(chēng)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(chǎng)中，當(dāng)電流I通過(guò)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(shì)差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)此電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電壓,霍爾系數(shù)：當(dāng)磁場(chǎng)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(chēng)為霍爾系數(shù),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(chēng)為載流子)是自由電子圖中電流方向向右

12、，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(shì)差UEhBhv. 又InqSv，S為導(dǎo)體的橫截面積Shd 得：v 所以UBhv .,2測(cè)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(cè)出B、I、U和d，可得霍爾系數(shù)K和n.測(cè)出霍爾電壓U的正、負(fù)，即可判斷自由電荷的類(lèi)型 3磁強(qiáng)計(jì)測(cè)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(chǎng)中，如右圖所示，a、b間通有電流I，c、d間出現(xiàn)電勢(shì)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(chǎng)中定好刻度，即可通過(guò)測(cè)量U來(lái)確定B.,題型訓(xùn)練,

13、4.如圖所示是電磁流量計(jì)的原理圖，橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道，其中空部分的長(zhǎng)、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(chǎng)，磁場(chǎng)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(cè)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(),,解析：I ，r ，evB，Qvbc，以上各式解得：,答案：A,,,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______

14、__技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，下圖就是電視機(jī)顯像管的示意圖,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(chǎng)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(guò)來(lái)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),要點(diǎn)深化,電子“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的比較,,,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(guò)電壓為U2103 V的加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)磁場(chǎng)方向垂直于圓面向里，磁場(chǎng)區(qū)的中心為O，半徑r10 cm.磁場(chǎng)右

15、邊界到熒光屏的距離為L(zhǎng)20 cm.當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過(guò)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(chǎng)，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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.,解析：電子束經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，根據(jù)動(dòng)能定理可以求出進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度，在磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)時(shí)的速度,在加速電場(chǎng)，根據(jù)動(dòng)能定理，有：,eU mv2,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：,祝,您,學(xué)業(yè)有成,