2023届高考物理一轮复习学案：12.8速度选择器 质谱仪

2022-2023学年第一学期高三物理导学案 主备人： 迪克民 审核：高三物理组 使用时间： 班级： 姓名： 编号：XBX2091 第十二章 第8讲速度选择器 质谱仪　学案 【知识落实】 一．速度选择器 1．工作原理：平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。有如图甲、乙两种方向组合，带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB＝qE，可得：v＝。 2．速度选择器的特点 (1)只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。 (2)具有单向性：在图甲、乙中粒子只有从左侧射入才可能做匀速直线运动，从右侧射入则不能。 二．质谱仪 如图 工作原理 ①加速电场：qU＝mv2； ②偏转磁场：qvB＝，l＝2r； 由以上两式可得：r＝ ， m＝，＝。 【典型例题】 1．如图所示，M、N为速度选择器的上、下两个带电极板，两极板间有匀强电场和匀强磁场。匀强电场的场强大小为E、方向由M板指向N板，匀强磁场的方向垂直纸面向里。速度选择器左右两侧各有一个小孔P、Q，连线与两极板平行。某种带电微粒以速度v从P孔沿连线射入速度选择器，从Q孔射出。不计微粒重力，下列判断正确的是（　　） A．带电微粒一定带正电 B．匀强磁场的磁感应强度大小为 C．若将该种带电微粒以速率v从Q孔沿连线射入，不能从P孔射出 D．若将该带电微粒以的速度从P孔沿连线射入后将做类平抛运动 【答案】C 【解析】A．若带电微粒带正电，则受到的洛伦兹力向上，电场力向下，若微粒带负电，受到的洛伦兹力向下，电场力向上，洛伦兹力等于电场力，微粒沿PQ运动，因此微粒可以是正电也可以是负电，故A错误； B．对微粒受力分析 解得 故B错误； C．若带电微粒带负电，从Q孔沿连线射入，受到的洛伦兹力和电场力均向上，若带电微粒带正电，从Q孔沿连线射入，受到的洛伦兹力和电场力均向下，不可能做直线运动，故不能从P孔射出，故C正确； D．若将该带电微粒以的速度从P孔沿连线射入后，洛伦兹力大于电场力，微粒做曲线运动，由于洛伦兹力是变力，不可能做类平抛运动，故D错误。 故选C。 2．(多选) 如图甲所示，质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器，即根据带电粒子在磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。用质谱仪测量氢元素的同位素，让氢元素的三种同位素氕、氘、氚的离子流从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，最后打在照相底片D上，形成三条质谱线，如图乙所示。不计粒子受到的重力以及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A．在进入磁场时，氕的动能最大 B．氕在磁场中运动的时间最长 C．氚在磁场中运动的时间最长 D．a质谱线对应氢元素的氚 【答案】CD 【解析】A．设氢元素某一种同位素的电荷量为q，质量为m，加速后获得的速度大小为v，动能为，根据动能定理有 由于氢元素的三种同位素所带电荷量相同，所以进入磁场时，三种同位素的动能一样大，故A错误； BC．设某一种同位素在磁场中做半径为R、周期为T的匀速圆周运动，则根据牛顿第二定律有 解得 由题图可知三种同位素都是运动半个周期，由以上分析可知同位素的比荷越小，T越大，运动时间越长，所以同位素氚在磁场中运动的时间最长，故B错误，C正确； D．由上述表达式可得 可知同位素的比荷越小，R越大，所以a、b、c三条质谱线分别对应氚、氘、氕，故D正确。 故选CD。 【同步练习】 3．一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。一质子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自O点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是（　　）（所有粒子均不考虑重力的影响） A．以速度的射入的正电子 B．以速度射入的电子 C．以速度射入的核 D．以速度射入的a粒子 【答案】B 【解析】质子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和电场力，满足 解得 即质子的速度满足速度选择器的条件； A．以速度的射入的正电子，所受的洛伦兹力小于电场力，正电子将向下偏转，故A错误； B．以速度射入的电子，依然满足电场力等于洛伦兹力，而做匀速直线运动，即速度选择题不选择电性而只选择速度，故B正确； C．以速度射入的核，以速度射入的a粒子，其速度都不满足速度选器的条件，故都不能做匀速直线运动，故CD错误； 故选B。 4．下图是某质谱仪的工作原理示意图，该质谱仪由粒子源（未画出）、加速电场、静电分析器和磁分析器组成。已知静电分析器的四分之一圆弧通道半径为R，通道内有一方向