《2025年步步高精准讲练物理选择性必修第二册》

一、速度选择器

速度选择器是近代物理学研究中常用的一种实验工具，其功能是可以选择某种速度的带电粒子。如图，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，两者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力。
1. 带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即 $ v = $$\frac{E}{B}$。
2. 速度选择器中的偏转情况：
(1) 当 $ v ＞ \frac{E}{B} $ 时，粒子向$ F_{洛} $（填“$ F_{洛} $”或“$ F_{电} $”）方向偏转，$ F_{电} $ 做负功，粒子的动能减小，电势能增加。
(2) 当 $ v ＜ \frac{E}{B} $ 时，粒子向$ F_{电} $（填“$ F_{洛} $”或“$ F_{电} $”）方向偏转，$ F_{电} $ 做正功，粒子的动能增加，电势能减小。

答案： 1. 电场力与洛伦兹力平衡；$\frac{E}{B}$
2.
(1) $ F_{洛} $；负；减小；增加
(2) $ F_{电} $；正；增加；减小

1. 某粒子在速度选择器中匀速运动，若只改变其电性或电荷量，粒子能否匀速通过？都能
2. 让带电粒子从另一端射入，粒子能否匀速通过？不能

答案： 1. 都能；
2. 不能

例 1
芯片制造中的重要工序之一是离子注入，速度选择器是离子注入的重要组成部分。如图所示，从左侧离子源发射出速度不同的各种离子，仅有部分离子沿平行于纸面的水平直线穿过速度选择器右侧挡板上的小孔（挡板未画出）。已知速度选择器中匀强电场的电场强度大小为 $ E $、方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为 $ B $，速度选择器置于真空中，不计离子受到的重力和离子间的相互作用。下列说法正确的是（D）

A.速度选择器只能筛选正电荷，不能筛选负电荷
B.筛选出的离子的速度大小一定为 $ \frac{B}{E} $
C.筛选出的离子的比荷一定相同
D.只增大电场强度 $ E $，离子的动能一定增加

答案： 例1 D [能通过速度选择器的离子满足$qvB = Eq$，解得$v = \frac{E}{B}$，即速度为$\frac{E}{B}$的离子都能沿直线通过选择器，与电性无关，与比荷无关，选项A、B、C错误；若离子带正电，只增大电场强度$E$，离子受向下的静电力增大，离子向下偏转，静电力做正功，则离子的动能增加；若离子带负电，只增大电场强度$E$，离子受向上的静电力增大，离子向上偏转，静电力做正功，则离子的动能增加，选项D正确。]