一轮复习选修3-1第三章第5课时 磁场与现代科技导学案（许强龙）.doc

1、扬州市高三物理一轮复习导学案 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校：仪征中学 主备：许强龙 编号：0011第 5 课时 磁场与现代科技高三（ ） 姓名 评价 课前预习案【考纲考点】质谱仪和回旋加速器的工作原理（）【知识梳理】1. 速度选择器:能把具有某一 的带电粒子选择出来的装置. 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 v_。.2. 质谱仪:最初是由阿斯顿设计的，现在主要用来测量 和分析 .3. 回旋加速器:现代物理学中,为了研究物质的内部情况,需要用 的带电粒子去轰击各种原子核,这种产生 的装置就是回旋加速器.一般加速有两种方式:(1) ; (2) .【基础检测】（ ）1、如图所

2、示，a、b 是一对平行金属板，分别接到直流电源两极上，右边有一挡板，正中间开有一小孔 d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向垂直纸面向里，在 a、b 两板间还存在着匀强电场 E.从两板左侧中点 c 处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从 d 孔射出后分成 3 束则下列判断正确的是A这三束正离子的速度一定不相同B这三束正离子的比荷一定不相同Ca、b 两板间的匀强电场方向一定由 a 指向 bD若这三束离子改为带负电而其他条件不变，则仍能从 d 孔射出（ ）2、如图所示是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正

3、交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E.平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置的胶片 A1A2.平板 S 下方有磁感应强度为 B0 的匀强磁场下列表述错误的是A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的比荷越小（ ）3、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个 D 形金属盒。两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，a、b 分别与高频交流电源两极相连接，下列说法正确的是A离子从磁场中获得能量B带电粒子的运动周期是变化的C离子由加速器的中心附近进入加速器D增大金

4、属盒的半径，粒子射出时的动能不变扬州市高三物理一轮复习导学案 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校：仪征中学 主备：许强龙 编号：0012反思订正课堂导学案要点提示 一、速度选择器的工作原理如图所示,两板间分布有正交的匀强电场与匀强磁场,一束不考虑重力的带正电粒子+q 以不同速度进入此正交复合场中.对带电粒子进行受力分析,受到洛伦兹力和静电力的作用.若粒子在运动过程中不发生偏转,则有F 电 =f 洛 ,即 qE=qvB, 故 vB如果 vv,则向上偏转；如果 vv,则向下偏转.注意:速度选择器只选择速度的大小而不选择粒子的种类，即粒子的速度只要满足 就能沿直线匀速通过速度选择器，而与粒子的

5、电性、电荷量、质量无关。二、质谱仪的工作原理如图所示,带电粒子(设初速度为零 )经加速电压为 U 的加速电场加速,由动能定理 ,加速后得到的速度为 ,再垂直于磁场方向21qUmv2qvm射入同一匀强磁场,在磁场中做匀速圆周运动,经半个圆周打到照相底片上,带电粒子运动半径 .由于 B 与 UrBq的值是预先设定的,若已知粒子所带电荷量 q,则可测出该带电粒子的质量 ,所以质谱仪是2rm测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具.三、回旋加速器工作原理回旋加速器的结构如图所示,A 和B是封在高度真空室内的两个半圆形盒,常称为D形盒.将D形盒与交流电源连接,在其缝隙内便产生交变电场 .将两个D形盒放在电

6、磁铁的两个磁极之间,使它处于垂直于D 形盒平面的匀强磁场当中.将带电粒子引入两盒中央的P点,设这时电场恰好由B向A,粒子被加速进入A盒;粒子在盒内因受到磁场的作用而做圆周运动,待其运动到缝隙边缘时,电场恰好换向,粒子再次被加速而进入B 盒,这样粒子一次又一次被加速,半径也一次次增大,最后被引出,形成高能粒子流.注意:缝隙很小,加速时间忽略不计 ,交变电压的周期必须与带电粒子做匀速圆周运动的周期相同,为,这样才能实现一直加速。2mTq扬州市高三物理一轮复习导学案 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校：仪征中学 主备：许强龙 编号：0013反思订正考点突破问题1 速度选择器的工作原理【典型例题

7、 1】如图所示，水平放置的两块平行金属板，充电后与电源断开板间存在着方向竖直向下的匀强电场 E 和垂直于纸面向里、磁感强度为B 的匀强磁场一质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子( 不计重力及空气阻力 )，以水平速度 v0 从两极板的左端中间射入场区，恰好做匀速直线运动则 ( )A粒子一定带正电B若仅将板间距离变为原来的 2 倍，粒子运动轨迹偏向下极板C若将磁感应强度和电场强度均变为原来的 2 倍，粒子仍将做匀速直线运动D若撤去电场，粒子在板间运动的最长时间可能是mqB变式 1：有一个带电荷量为q、重为 G 的小球，从两竖直的带电平行板上方 h 处自由落下，两极板间另有匀强磁场，磁感应强度为 B

8、，方向如图所示，则带电小球通过有电场和磁场的空间时，下列说法错误的是 ( )A一定做曲线运动 B不可能做曲线运动C有可能做匀加速运动 D有可能做匀速运动变式 2: 目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图所示为它的发电原理.将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的粒子,而整体呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场 ,磁场中有两块金属板 A、B,这时金属板上就聚集了电荷.在磁极配置如图中所示的情况下,下列说法中正确的是 ( )A. A板带正电B. 有电流从b经用电器流向aC. 金属板A、B间的电场方向向下D. 等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力变式3:

9、 为了诊断病人的心脏功能和动脉血液黏稠情况 ,需要测量血管中血液的流量.如图所示为电磁流量计示意图,将血管置于磁感应强度为B的磁场中,测得血管两侧a、b两点间电压为U,已知血管的直径为 d,则血管中血液的流量Q(单位时间内流过的体积)为( )A. B. C. D. ddUB424dUB变式 4: 利用如图 4 所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数 n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为 b，厚为 d，并加有与侧面垂直的匀强磁场 B，当通以图示方向电流 I 时，在导体上、下表面间用电扬州市高三物理一轮复习导学案 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校：仪征中学 主备：许强龙

10、编号：0014反思订正压表可测得电压为 U.已知自由电子的电荷量为 e，则下列判断正确的是 ( )A上表面电势高 B下表面电势高C该导体单位体积内的自由电子数为IedbD该导体单位体积内的自由电子数为BIeUb问题 2 质谱仪的工作原理【典型例题 2】1922 年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列相关说法中正确的是( )A. 该束带电粒子带负电B. 速度选择器的 P1 极板带负电C. 在 B2 磁场中运动半径越大的粒子,质量越大D. 在 B2 磁场中运动半径越大的粒子,比荷 越小qm变式1：

11、如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外.一质量为m 、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点.不计粒子重力 .下列说法中正确的是( )A. 极板M比极板N电势高B. 加速电场的电压U= ERC. 直径PQ=2B qmERD. 若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷问题 3 回旋加速器工作原理【典型例题3

12、】如图所示为回旋加速器的示意图.其核心部分是两个D形金属盒,置于磁感应强度大小恒定的匀强磁场中,并与调频交流电源相连.带电粒子在D形盒中心附近由静止释放 ,忽略带电粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应.欲使粒子在D 形盒内运动的时间增大为原来的2倍,下列措施可行的是 ( )A. 仅将磁感应强度变为原来的 2倍B. 仅将交流电源的电压变为原来的1/2扬州市高三物理一轮复习导学案 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校：仪征中学 主备：许强龙 编号：0015反思订正C. 仅将D形盒的半径变为原来的 倍2D. 仅将交流电源的周期变为原来的 2 倍变式 1：劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原

13、理示意图如图（同上图）所示置于高真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为 f，加速电压为 U.若 A 处粒子源产生的质子质量为 m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响则下列说法正确的是 ( )A质子被加速后的最大速度不可能超过 2RfB质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比C质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 12D不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速器的最大动能不变扬州市高三物理一轮复习导学案 选修 3-1 第 3 章 磁场 负责学校：仪征中学 主备：许强龙 编号：0011第 5 课时磁场与现代科技参考答案【知识梳理】1特定速度 EB2带电粒子的质量 同位素3能量很高 高能量粒子 多极加速 回旋加速【基础检测】1、BCD 2、D 3、C 考点突破 【典型例题1】CD 变式1：BCD变式2：BD变式3：C【典型例题2】D 变式1：AD 【典型例题3】BC 变式1：AC