金榜夺冠高三物理复合场中的STS题型探究选修公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

高考总复习高考总复习物理物理第三单元复合场问题及第三单元复合场问题及STS问题问题第第5学时学时复合场中复合场中STS题型探究题型探究 选修3-1 第九章磁场第1页第1页高考总复习高考总复习物理物理“STS”是“科学技术社会”简称物理学是前人在结识与摸索自然过程中通过总结、归纳、抽象、验证而逐步建立、不断完善起来一门自然科学物理学与“STS”有着天然、广泛、更直接联系带电粒子在复合场中运动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、电磁偏转技术等第2页第2页高考总复习高考总复习物理物理第3页第3页高考总复习高考总复习物理物理基础回顾基础回顾考点一 速度选择器 1.含义：如右图所表示，因为所受重力可忽略不计，运动方向相同而速率不同正粒子组成粒子束射入相互正交匀强电场和匀强磁场合组成场区中已知电场强度大小为E，方向向下；磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向第4页第4页高考总复习高考总复习物理物理 里若含有某一水平速度v带电粒子能沿着图中所表示虚线穿过而不发生偏转，其它速度带电粒子将发生偏转这种器件就能把含有以上速度v粒子选择出来，因此叫做速度选择器 2射入速度必须适合条件是：v_.依据是：_.答案：1E/BqvBqE第5页第5页高考总复习高考总复习物理物理要点深化要点深化特点：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，也同样可从右端选择出来2若从右端射入，而复合电磁场方向没有相应改变，则无论速度是否适合vE/B，都不能从左端选择出来3当正粒子速度vvE/B时，则qvBqE，粒子向上偏转；当正粒子速度vvE/B时，则qvBqE，粒子向下偏转第6页第6页高考总复习高考总复习物理物理题型训练题型训练 1.如图所表示，一束正离子垂直地射入正交匀强磁场和匀强电场区域里，结果发觉有些离子保持原来运动方向未发生任何偏转假如让这些不偏转离子再垂直进入另一匀强磁场中，发觉这些离子又分成几束对这些进入后一磁场不同轨迹离子，可得出结论()A它们动量一定各不相同B它们电荷量一定各不相同C它们质量一定各不相同D它们电荷量与质量之比一定各不相同第7页第7页高考总复习高考总复习物理物理解析：从第一个磁场进入另一个磁场离子一定满足qvBqE，即vE/B，这些离子速度相同，又在后一磁场中 ，因为v、B相同，而R不同，因此m/q不同答案：D第8页第8页高考总复习高考总复习物理物理基础回顾基础回顾考点二 质谱仪 1结构：带电粒子注入器；加速电场；速度选择器(B1、E)；偏转磁场(B2)；照相底片第9页第9页高考总复习高考总复习物理物理 2含义：含有电荷相同而质量有微小差异粒子，它们经过电势差为U电场加速后，垂直进入磁感应强度为B匀强磁场，它们进入磁场后将沿不同半径做圆周运动，打到摄影底片不同地方，在底片上形成若干谱线状细线，如右图所表示(M、N线)每一条谱线对应于一定_，从谱线位置能够知道圆周半径，又已知带电粒子电荷量q，能够算出带电粒子_，因此叫做质谱线 3用途：质谱仪是测量带电粒子_和分析同位素主要工具径第10页第10页高考总复习高考总复习物理物理 4原理：如上图所表示，设有质量为m、电荷量为q带负电粒子(不计重力)粒子从注入器进入加速电场初速度为零，通过电势差为U电场加速，进入磁感应强度为B1、电场强度为E速度选择器，后进入磁感应强度为B2偏转磁场，沿着半圆周到达统计它照相底片上，假设是M点，M点距离小孔O为x.则带电粒子质量m_.答案：2质量质量3.质量 第11页第11页高考总复习高考总复习物理物理要点深化要点深化 1质谱仪加入速度选择器，目的是对选择速度相同同位素通过偏转磁场进行检测这样对加速电场电压就提出了要求 带电粒子通过加速电场后取得动能而在速度选择器中，由qvB1qE，得v 就是说，只有符合 粒子第12页第12页高考总复习高考总复习物理物理才干从选择器小孔中进入偏转电场 由此得U ，U要伴随同位素质量改变而改变假如U不变，有许多不同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 条件粒子将发生偏转，无法进入偏转磁场只有符合 即 同位素才干进入偏转磁场，这么在摄影底片上仅有一条线，故本装置有一定不足2关于 推导第13页第13页高考总复习高考总复习物理物理在速度选择器中，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：.第14页第14页高考总复习高考总复习物理物理3清除速度选择器质谱仪如右图所表示，在加速电场中 mv2qU在偏转磁场中qvB ，r以上三式可解得：m .第15页第15页高考总复习高考总复习物理物理题型训练题型训练 2.如图所表示是质谱仪工作原理示意图带电粒子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匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上x1、x2处图中半圆形虚线分别表示带电粒子a、b所通过路径，则()Aa电荷量一定不小于b电荷量Ba电荷量一定小于b电荷量Ca质量一定不小于b质量Da比荷(q a/ma)不小于b比荷(qb/mb)第16页第16页高考总复习高考总复习物理物理 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：由于x2x1，因此qa/maqb/mb，本题由于没有阐明是研究同位素，故AB不能选答案：D第17页第17页高考总复习高考总复习物理物理基础回顾基础回顾考点三 回旋加速器1.结构：如右图所表示，粒子源；两个D形金属盒；巨大电磁铁；高频电源；粒子引出装置第18页第18页高考总复习高考总复习物理物理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，对一定带电粒子和一定磁感应强度来说，这个周期是恒定因此，尽管粒子速率和半径一次比一次增大，运动周期却始终不变这样，假如在两个D形盒间形成一个交变电场，使它也以_周期T 往复改变，那就能够确保粒子每通过两个D形盒之间时都正好赶上适合电场方向而被_ 3用途：回旋加速器是产生大量高能量(主要是动能)带电粒子试验设备答案：2速率半径相同加速第19页第19页高考总复习高考总复习物理物理要点深化要点深化 1带电粒子在盘旋加速器内运动，决定其最终能量原因因为盒半径约束，粒子最终从加速器内射出时应含有相同旋转半径依据牛顿运动定律：qvB ，得：v .故粒子离开加速器时取得动能为Ek mv2 故要提升加速粒子最终能量，应尽也许增大磁感应强度B和加速器半径r.第20页第20页高考总复习高考总复习物理物理 2决定带电粒子在回旋加速器运动时间长短原因 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周期相关，同时还与带电粒子在磁场中转动圈数相关设带电粒子在磁场中转动圈数为n，加速电压为U.因每加速一次粒子取得能量为qU，每圈有两次加速结合Ekn 知，2nqU ，因此n .因此带电粒子在回旋加速器内运动时间 第21页第21页高考总复习高考总复习物理物理题型训练题型训练 3.如右图所表示，回旋加速器D形盒半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q质子，使质子由静止加速到最大动能为Ek后，由A孔射出，忽略带电粒子在电场中运动时间求：(1)加速器中匀强磁场B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，质子每次通过电场加速后动能增长，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？第22页第22页高考总复习高考总复习物理物理 解析：(1)带电粒子在磁场中，由qvB 得 v把它代入Ek 得：Ek .因此B ，方向竖直向下mv2(2)带电粒子每通过一个周期被电场加速二次，动能增长2qU，则Ekn(2qU)，因此加速到上述最大动能所需回旋周数为n .第23页第23页高考总复习高考总复习物理物理(3)带电粒子在磁场中运营周期：因此t总nT 答案：(1)方向竖直向下(2)(3)第24页第24页高考总复习高考总复习物理物理基础回顾基础回顾考点四 霍尔效应 含义：如右图所表示，厚度为h，宽度为d超导体板(也称为霍尔导体)放在垂直于它磁感应强度为B匀强磁场中，当电流I通过导体板时，在导体板上侧面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关系为U ，式中百分比系数K称为霍尔系数第25页第25页高考总复习高考总复习物理物理要点深化要点深化1霍尔电压U 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为导体横截面积Shd得：v因此UBhv .第26页第26页高考总复习高考总复习物理物理 2测定导体内自由电荷浓度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正、负，即可判断自由电荷类型3磁强计测量磁感应强度B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，如右图所表示，a、b间通有电流I，c、d间出现电势差U.由上面讨论可得B ，则BU.只要将磁强计在已知磁场中定好刻度，即可通过测量U来拟定B.第27页第27页高考总复习高考总复习物理物理题型训练题型训练 4.如图所表示是电磁流量计原理图，横截面为长方形一段管道，其中空部分长、宽、高分别为图中a、b、c.流量计两端与输送流体管道连接(图中虚线)图中流量计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电流表两端连接，I表示测得电流值已知流体电阻率为，不计电流表内阻，则可求得流量为()第28页第28页高考总复习高考总复习物理物理 解析：I ，r ，evB，Qvbc，以上各式解得：答案：A第29页第29页高考总复习高考总复习物理物理基础回顾基础回顾考点五 磁偏转技术 1电视机显像管中，电子束偏转是用_技术实现，下图就是电视机显像管示意图第30页第30页高考总复习高考总复习物理物理 2.受力特性在“磁偏转”中，质量为m，电荷量为e电子以速度v垂直射入磁感应强度为B匀强磁场中时，所受洛伦兹力fBevB与粒子速度v相关，fB所产生加速度使电子速度方向发生改变，而速度方向改变反过来又造成fB方向改变，fB是变力3运动规律在“磁偏转”中，改变fB使电子做变速曲线运动匀速圆周运动答案：1磁偏转第31页第31页高考总复习高考总复习物理物理要点深化要点深化电子“电偏转”和“磁偏转”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性FeE(恒力)fev0B(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办法运动合成与分解匀速圆周运动知识第32页第32页高考总复习高考总复习物理物理运动规律偏转角动能改变动能增大动能不变第33页第33页高考总复习高考总复习物理物理 题型训练题型训练 5以下图所表示为电视机显像管示意图电子束经过电压为U2103 V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，磁场区中心为O，半径r10 cm.磁场右边界到荧光屏距离为L20 cm.当不加磁场时，电子束将经过O点而打到屏幕中心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，电子质量为m91031 kg，电子电荷量e1.61019 C求此时磁场磁感应强度B.第34页第34页高考总复习高考总复习物理物理解析：电子束经过电场加速后，依据动能定理能够求出进入磁场时速度，在磁场中受洛伦兹力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半径以下图所表示，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速度在加速电场，依据动能定理，有：eU mv2第35页第35页高考总复习高考总复习物理物理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：第36页第36页高考总复习高考总复习物理物理祝祝您您第37页第37页