2011年23题详解与解答策略

利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。

如图所示的矩形区域ACDG（AC边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，A处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集。整个装置内部为真空。

已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2（m1>m2），电荷量均为q。加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以忽略。不计重力，也不考虑离子间的相互作用。

（1）求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1；

（2）当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点的间距s；

（3）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离。

设磁感应强度大小可调，GA边长为定值L，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在A处。离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。

1.从能力立意及核心素养角度分析(www.xing528.com)

本题从考查能力角度看，考查学生理解能力、应用能力和探究能力。需要学生能够从新颖的物理情景（考虑实际狭缝的宽度）中发现物理问题，提出研究思路或解决方案，重新构建适当的新的简化模型，并应用恰当的研究方法得出结论；考查学生能否对探究的过程、方法和结论作出解释和评价，提出修改和完善的建议。本题从核心素养角度看，涉及物理观念和科学思维两个方面的核心素养。需要学生具有经典物理的运动观和能量观，并用其解决实际问题；具有构建理想模型的意识和能力；能正确使用物理思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理，找出规律，形成结论，并能解决实际问题。

2.基于PISA背景的试题分析

（1）从科学素养情景角度分析，它源于质谱仪，这是学生十分熟悉的情景，学生能够很容易解决（1）、（2）两问；第（3）问的情景来源于学生的思考，事实上狭缝是有宽度的，如何将同位素分离出来？而且狭缝的宽度是不能不考虑的因素，从而引导学生进行深度思考和科学探究。

（2）从科学素养能力维度进行分析，第（3）问考查学生科学探究能力，学生要对影响落点位置的诸多因素进行评估，从中确定落点位置和范围与m和d两个参数有关，进而提出解决问题的关键，因为m1>m2，所以，只要m1的最右侧落点与m2最左侧落点不重合，且m1轨迹的直径不大于L-d，同位素m1与m2落点就不会重合，考查了学生的“科学解释现象”与“科学地解释数据与证据”，并运用了科学探究能力，解出将同位素分离的狭缝宽d的最大值。

（4）从科学素养的科学态度维度进行分析，本题能够考查学生的科学兴趣和探究精神，对科学问题的好奇心，通过本题的第（3）问能够很好地激发学生的科学兴趣及求真务实的可贵品质。