2019-2020年高二物理回旋加速器 人教版.doc

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2019-2020年高二物理回旋加速器 人教版 一、教學目標 1．知道回旋加速器的基本構造及工作原理 2．知道回旋加速器的基本用途。 3．能解決有關回旋加速器的問題。 4．通過研究討論使學生體會到成功的快樂。 二、重點、難點分析 回旋加速器的工作原理是本節(jié)課的教學重點， 解決有關加速器的問題是教學的難點。 三、教具計算機、投影儀、多媒體課件 四、教法討論與講解相結合、多媒體輔助教學 五、課時安排1課時 六、教學過程 （一）引入新課 圖1 在現代物理學中，為了進一步研究物質的微觀結構，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，就必須設計一個能給帶電粒子加速的裝置----加速器。 （二）進行新課 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 點評：學生會設計出多種方案。 ①如圖1，根據動能定理： 圖3 所以H越大，速度也就越大。 ②如圖2根據動量定理： 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。 點評：教師對學生的方案要給與肯定，使學生體驗到成功的喜悅。 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)? 點評:學生同樣會設計出多種方案,如: ①增大加速電壓；②使微粒的核質比增大，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.實際所加的電壓，能不能使帶電粒子達到所需要的能量？（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實現多級加速呢？ 引導學生讀書： 1932年美國物理學家勞倫斯發(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．構造：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉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入勻強磁場時，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其中周期和速率與半徑無關。使帶電粒子每次進入D型盒中都能運動相等的時間（半個周期）后，平行于電場方向進入電場中加速。 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系？ 可見帶電粒子獲得的最大能量與D型盒半徑有關。 （三）鞏固練習 1．質量為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AO′AO處的電場加速后進入磁感應強度為B的勻強磁場中做圓周運動，設電場的加速電壓為U，則粒子第一次做勻速圓周運動的軌道半徑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動軌跡（至少畫兩個周期） （四）布置作業(yè) 1．仔細閱讀教材； 2．自學課本185頁閱讀材料 七、教學設計說明 回旋加速器是現代高能物理研究中所需的重要儀器，為進一步研究物質的微觀結構作出了貢獻。但它也有不利的一面。因為在粒子能量很高的情況下，它運動的速度接近光速，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動的頻率一致，這也就破壞了加速器的工作條件，因此要進一步提高粒子的能量就必須采取其他的加速方法。希望學生掌握好現在的基礎知識，將來能研究出更切合實際的加速器。