第三章第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)2課時(shí)

第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)（2課時(shí)） 教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)目標(biāo) 1、知道回旋加速器的基本構(gòu)造和加速原理． 2、了解加速器的基本用途． （二）能力目標(biāo) 通過(guò)由直線加速器遷移到回旋加速器的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，開(kāi)闊學(xué)生解決問(wèn)題的思路． （三）德育目標(biāo) 通過(guò)介紹我國(guó)高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的研制，培養(yǎng)民族自豪感，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)科學(xué)報(bào)效祖國(guó)的熱情． 教學(xué)重點(diǎn) 回旋加速器的加速原理． 教學(xué)難點(diǎn) 加速電場(chǎng)的平行極板接的是交變電壓，且它的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期相同． 教學(xué)用具 回旋回速器掛圖 教學(xué)方法 討論法 教學(xué)步驟 (一)引入新課: 在現(xiàn)代物理學(xué)中，為了研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，人們往往利用能量很高的帶電粒子作為“炮彈”，去轟擊各種原子核，以觀察它們的變化規(guī)律．為了大量地產(chǎn)生高能粒子，就要用到一種叫做加速器的實(shí)驗(yàn)設(shè)備．同學(xué)們一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)吧，它就是我國(guó)于1989年初投入運(yùn)行的第一臺(tái)高能粒子加速器，它能使正負(fù)電子束流的能量分別達(dá)到28億電子伏． (二)進(jìn)行新課 1、直線加速器 討論：要使一個(gè)小金屬球獲得較大的速度，你能設(shè)計(jì)出幾種方案？ ①根據(jù)動(dòng)能定理： H越大，v也越大 ②根據(jù)動(dòng)量定理： F越大，t越長(zhǎng)，則v越大。 問(wèn)題1：如何使一個(gè)帶電粒子獲得能量（速度）？ 利用加速電場(chǎng)給帶電粒子加速： 問(wèn)題2：如何使一個(gè)帶電粒子獲得很大的速度？ 問(wèn)題3：實(shí)際能不能加很高的電壓？怎樣解決？ 多級(jí)加速： 分析：方法可行，但所占的空間范圍大。 問(wèn)題4：能不能在較小的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速？ 2、回旋加速器 展示掛圖（回旋加速器） （1）回旋加速器 勻強(qiáng)磁場(chǎng)：帶電粒子以某一速度垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，只在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，使帶電粒子每次進(jìn)入D形盒后都能運(yùn)動(dòng)相同的時(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. 交變電場(chǎng)：回旋加速器的兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩上D形盒直徑的勻強(qiáng)電場(chǎng) D型盒 物理過(guò)程介紹… （2）交變電壓的周期 T = （3）粒子能獲得的最大能量 推演… Em == 注:帶電粒子獲得的最大能量與D形盒的半徑有關(guān). 回旋加速器能將質(zhì)子加速到25MeV左右, 勞倫斯用它產(chǎn)生了人工放射性同位素，為此獲得了1939年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 思考:從剛才的定量討論來(lái)看，通過(guò)回旋加速器獲得的粒子能量和加速電壓的大小有沒(méi)有關(guān)系？(答:無(wú)關(guān)) 例1: 1989年初，我國(guó)投入運(yùn)行的高能粒子加速器可把電子的能量加速到2.8GeV，若每級(jí)的加速電壓U=200000V ，需采用幾級(jí)加速器？ 例2:回旋回速器D型盒中央為質(zhì)子流，D型盒間的交變電壓為 V，靜止質(zhì)子經(jīng)電場(chǎng)加速后，進(jìn)入D型盒，其最大軌道半徑 ，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 T，問(wèn)（1）質(zhì)子最初進(jìn)入D型盒的動(dòng)能多大？（2）質(zhì)子經(jīng)回旋回速器最后得到的動(dòng)能多大？（3）交變電源的頻率。 　　解析：在電場(chǎng)中加速獲得的動(dòng)能 ，粒子經(jīng)回旋回速器最后的動(dòng)能為： 　　 故有 　?。?） 　?。?） 　　∴  　?。?） 小結(jié): 本節(jié)課我們介紹粒子加速的必要性，不同加速器的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，以及加速器發(fā)展的簡(jiǎn)單歷史。最重要的還是介紹了回旋加速器的原理。雖然回旋加速器已經(jīng)不是最先進(jìn)的加速器，但在歷史上占有特殊的地位，也與我們本章的知識(shí)息息相關(guān)，所以希望大家要相關(guān)的知識(shí)弄懂。 作業(yè):