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2019-2020年高二物理回旋加速器 人教版 一、教學(xué)目標(biāo) 1．知道回旋加速器的基本構(gòu)造及工作原理 2．知道回旋加速器的基本用途。 3．能解決有關(guān)回旋加速器的問(wèn)題。 4．通過(guò)研究討論使學(xué)生體會(huì)到成功的快樂(lè)。 二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 回旋加速器的工作原理是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)， 解決有關(guān)加速器的問(wèn)題是教學(xué)的難點(diǎn)。 三、教具計(jì)算機(jī)、投影儀、多媒體課件 四、教法討論與講解相結(jié)合、多媒體輔助教學(xué) 五、課時(shí)安排1課時(shí) 六、教學(xué)過(guò)程 （一）引入新課 圖1 在現(xiàn)代物理學(xué)中，為了進(jìn)一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，需要用能量很高的帶電粒子去轟擊原子核。為了使帶電粒子獲得如此高的能量，就必須設(shè)計(jì)一個(gè)能給帶電粒子加速的裝置----加速器。 （二）進(jìn)行新課 教師提出問(wèn)題： 討論：使一個(gè)小金屬球獲得較大的速度，怎么辦？ 圖2 點(diǎn)評(píng)：學(xué)生會(huì)設(shè)計(jì)出多種方案。 ①如圖1，根據(jù)動(dòng)能定理： 圖3 所以H越大，速度也就越大。 ②如圖2根據(jù)動(dòng)量定理： Ft=mv， 所以作用在小球上的力越大，，作用時(shí)間越長(zhǎng)，速度也就越大。 點(diǎn)評(píng)：教師對(duì)學(xué)生的方案要給與肯定，使學(xué)生體驗(yàn)到成功的喜悅。 問(wèn)題1．如何使一個(gè)帶電的微粒獲得速度（能量）？學(xué)生回答：利用加速電場(chǎng)給帶電粒子加速如圖3。 【板書(shū)】由動(dòng)能定理 問(wèn)題2.如何使一個(gè)帶電粒子獲得很大的速度(能量)? 點(diǎn)評(píng):學(xué)生同樣會(huì)設(shè)計(jì)出多種方案,如: ①增大加速電壓；②使微粒的核質(zhì)比增大，等等。 問(wèn)題3.帶電粒子一定，即q/m一定，要使帶電粒子獲得的能量增大，可采取什么方法？問(wèn)題4.實(shí)際所加的電壓，能不能使帶電粒子達(dá)到所需要的能量？（不能）怎么辦？ 圖４ 【板書(shū)】多級(jí)加速 投影如圖4。 帶電粒子增加的動(dòng)能為 分析：方法可行，但所占的空間范圍大。能不能在較小的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速呢？ 引導(dǎo)學(xué)生讀書(shū)： 1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，從而解決了這一問(wèn)題。 【板書(shū)】第六節(jié) 回旋加速器 如圖5 1．構(gòu)造：利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來(lái)獲得高能粒子。 圖５ 工作原理： ①磁場(chǎng)的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中周期和速率與半徑無(wú)關(guān)。使帶電粒子每次進(jìn)入D型盒中都能運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后，平行于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速。 ②電場(chǎng)的作用：回旋加速器的兩個(gè)D型盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個(gè)D型盒直徑的勻強(qiáng)電場(chǎng)，加速就是在這個(gè)區(qū)域完成的。 ③交變電壓：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個(gè)與帶電粒子在Ｄ型盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。 提問(wèn)： ①在加速區(qū)有沒(méi)有磁場(chǎng)？對(duì)帶電粒子加速有沒(méi)有影響？ ②離子所能獲得的最大速度與什么因素有關(guān)系？ 可見(jiàn)帶電粒子獲得的最大能量與D型盒半徑有關(guān)。 （三）鞏固練習(xí) 1．質(zhì)量為m、帶電量為q的帶電粒子在回旋加速器中間AO處由靜止釋放，經(jīng)AO′AO處的電場(chǎng)加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)電場(chǎng)的加速電壓為U，則粒子第一次做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R0= ，周期T= 。 2．在回旋加速器中，如果兩個(gè)D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請(qǐng)說(shuō)明理由，并在圖中畫(huà)出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡（至少畫(huà)兩個(gè)周期） （四）布置作業(yè) 1．仔細(xì)閱讀教材； 2．自學(xué)課本185頁(yè)閱讀材料 七、教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明 回旋加速器是現(xiàn)代高能物理研究中所需的重要儀器，為進(jìn)一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出了貢獻(xiàn)。但它也有不利的一面。因?yàn)樵诹Ｗ幽芰亢芨叩那闆r下，它運(yùn)動(dòng)的速度接近光速，按照愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，這時(shí)粒子的質(zhì)量也將發(fā)生變化，從而使粒子在磁場(chǎng)中回旋一周的時(shí)間發(fā)生變化，又使電場(chǎng)的頻率不再跟粒子運(yùn)動(dòng)的頻率一致，這也就破壞了加速器的工作條件，因此要進(jìn)一步提高粒子的能量就必須采取其他的加速方法。希望學(xué)生掌握好現(xiàn)在的基礎(chǔ)知識(shí)，將來(lái)能研究出更切合實(shí)際的加速器。