第三章第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)2課時

第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)（2課時） 教學(xué)目標(biāo) （一）知識目標(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)生解決實際問題的能力，開闊學(xué)生解決問題的思路． （三）德育目標(biāo) 通過介紹我國高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對撞機(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)報效祖國的熱情． 教學(xué)重點 回旋加速器的加速原理． 教學(xué)難點 加速電場的平行極板接的是交變電壓，且它的周期和粒子的運動周期相同． 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驗設(shè)備．同學(xué)們一定聽說過北京正負(fù)電子對撞機(jī)吧，它就是我國于1989年初投入運行的第一臺高能粒子加速器，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：要使一個小金屬球獲得較大的速度，你能設(shè)計出幾種方案？ ①根據(jù)動能定理： H越大，v也越大 ②根據(jù)動量定理： F越大，t越長，則v越大。 問題1：如何使一個帶電粒子獲得能量（速度）？ 利用加速電場給帶電粒子加速： 問題2：如何使一個帶電粒子獲得很大的速度？ 問題3：實際能不能加很高的電壓？怎樣解決？ 多級加速： 分析：方法可行，但所占的空間范圍大。 問題4：能不能在較小的范圍內(nèi)實現(xiàn)多級加速？ 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：帶電粒子以某一速度垂直于磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，只在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，使帶電粒子每次進(jìn)入D形盒后都能運動相同的時間（半個周期）后，平行于電場方向進(jìn)入電場中加速. 交變電場：回旋加速器的兩個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 D型盒 物理過程介紹… （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。 思考:從剛才的定量討論來看，通過回旋加速器獲得的粒子能量和加速電壓的大小有沒有關(guān)系？(答:無關(guān)) 例1: 1989年初，我國投入運行的高能粒子加速器可把電子的能量加速到2.8GeV，若每級的加速電壓U=200000V ，需采用幾級加速器？ 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)電場加速后，進(jìn)入D型盒，其最大軌道半徑 ，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 T，問（1）質(zhì)子最初進(jìn)入D型盒的動能多大？（2）質(zhì)子經(jīng)回旋回速器最后得到的動能多大？（3）交變電源的頻率。 　　解析：在電場中加速獲得的動能 ，粒子經(jīng)回旋回速器最后的動能為： 　　 故有 　?。?） 　　（2） 　　∴  　?。?） 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)點和缺陷，以及加速器發(fā)展的簡單歷史。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息息相關(guān)，所以希望大家要相關(guān)的知識弄懂。 作業(yè):