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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)回旋加速器的問題。 4．通過研究討論使學(xué)生體會到成功的快樂。 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、課時安排1課時 六、教學(xué)過程 （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 教師提出問題： 討論：使一個小金屬球獲得較大的速度，怎么辦？ 圖2 點(diǎn)評：學(xué)生會設(shè)計(jì)出多種方案。 ①如圖1，根據(jù)動能定理： 圖3 所以H越大，速度也就越大。 ②如圖2根據(jù)動量定理： Ft=mv， 所以作用在小球上的力越大，，作用時間越長，速度也就越大。 點(diǎn)評：教師對學(xué)生的方案要給與肯定，使學(xué)生體驗(yàn)到成功的喜悅。 問題1．如何使一個帶電的微粒獲得速度（能量）？學(xué)生回答：利用加速電場給帶電粒子加速如圖3。 【板書】由動能定理 問題2.如何使一個帶電粒子獲得很大的速度(能量)? 點(diǎn)評:學(xué)生同樣會設(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】多級加速 投影如圖4。 帶電粒子增加的動能為 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)多級加速呢？ 引導(dǎo)學(xué)生讀書： 1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，從而解決了這一問題。 【板書】第六節(jié) 回旋加速器 如圖5 1．構(gòu)造：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子。 圖５ 工作原理： ①磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動，其中周期和速率與半徑無關(guān)。使帶電粒子每次進(jìn)入D型盒中都能運(yùn)動相等的時間（半個周期）后，平行于電場方向進(jìn)入電場中加速。 ②電場的作用：回旋加速器的兩個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D型盒直徑的勻強(qiáng)電場，加速就是在這個區(qū)域完成的。 ③交變電壓：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個與帶電粒子在Ｄ型盒中運(yùn)動周期相同的交變電壓。 提問： ①在加速區(qū)有沒有磁場？對帶電粒子加速有沒有影響？ 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處的電場加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動，設(shè)電場的加速電壓為U，則粒子第一次做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑R0= ，周期T= 。 2．在回旋加速器中，如果兩個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？請說明理由，并在圖中畫出粒子的運(yùn)動軌跡（至少畫兩個周期） （四）布置作業(yè) 1．仔細(xì)閱讀教材； 2．自學(xué)課本185頁閱讀材料 七、教學(xué)設(shè)計(jì)說明 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)動的速度接近光速，按照愛因斯坦的狹義相對論，這時粒子的質(zhì)量也將發(fā)生變化，從而使粒子在磁場中回旋一周的時間發(fā)生變化，又使電場的頻率不再跟粒子運(yùn)動的頻率一致，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，將來能研究出更切合實(shí)際的加速器。