带电粒子在匀强磁场中的运动之回旋加速器 高中物理选修教案教学设计 人教版

带电粒子在匀强磁场中的运动之回旋加速器微课教学设计【设计思想】

“回旋加速器”是带电粒子在电场和磁场中运动的一个具体的综合实例。本节微课的主要任务讲清楚回旋加速器的优势、工作原理。本节课采用问题引导的方式，充分调动学生进行分析讨论。

【教学目标】

1．了解回旋加速器的基本结构和优势

2．理解回旋加速器的设计原理

3．提升分析问题的能力

【教学重点】

回旋加速器工作原理

【教学难点】

1．加速电场与带电粒子运动周期的同步关系

2．带电粒子最大动能和最大速度的影响因素

【教学过程】

一、引入

1．问题导向引入

如何获得一个高速带电粒子？

学生很容易想到带电粒子在加速电场中加速，回顾分析加速电场的原理，引导学生思考如何获得更高能量？部分学生会想到多级加速器。

这种直线多级加速器的弊端是什么？出示直线加速器图片（北京正负电子对撞机注入器），全长204米。是否占据太大空间？

2．课题引入

如何解决直线加速器的的弊端，让粒子不断地进入加速电场，猜测加速器应该具有的结构，利用磁场来控制轨迹，使其多次进入同一个电场。

二、回旋加速器的原理

1．加速原理

利用动画展示回旋加速器的工作原理，让学生边看边思考D形盒狭缝加的电场能不能是匀强电场？为什么？有什么要求？学生可以通过播放器的暂停、重复多看几遍微课，真正搞清楚回旋加速器的工作原理，细心的学生会观察到狭缝中的电场方向有规律的变化，思考是什么规律，边看边思考粒子的在磁场中运动周期会随着速度变大而变化吗？复习带电粒子在磁场中做圆周运动的周期规律。2.交变电场的规律

讨论加速电压的变化问题，明确加速电压应与粒子运动相配合。讨论加速电压周期和粒子圆周运动周期的关系，并讨论粒子圆周运动周期的特点。

（通过讨论，最终得到加速电压周期与粒子圆周运动周期相同（同步条件），并且不随速度增大而改变。）

3.展示实际中的回旋加速器

通过实物图片让学生真正看到物理规律的具体实践应用，增强学习物理的兴趣三、思考与讨论

问题1.粒子速度和运动半径越来越大，那么周期是否会变化？

引导学生通过前面的学习找到相应的理论依据来回答这个问题

问题2.如果D型盒半径为r，则该加速器能将质量为m，电荷量为q的粒子加速到多大的速度？这个最大速度跟什么因素有关？

引导学生学习用理论推导出正确的结论，从而提升解决问题的能力

四、思考与拓展

思考1。若有人将加速器狭缝变短，期间加入匀强电场，能否实现加速？

这个问题既能考察学生对回旋加速器原理的理解情况，又能拓展学生思维，还有没有别的加速器？引导学生课后主动查找资料学习不同类型的加速器。

思考2.若能增加磁感应强度B，回旋加速器是否可以将粒子速度加到无穷大？作为课外知识补充一点相对论的初步知识，对渴望求知的孩子是一种动力，鼓励学生主动学习。

五、总结

1．本节课的主要内容是回旋加速器，经历了加速器的整个设计改进过程。2．本节课的几个重点：回旋加速器的基本设计思想（电场加速、磁场控制轨道）；交变电压周期与粒子回旋周期相同；粒子加速后的最大能量与最大半径和磁场强弱有关，与加速电压无关。

3．加速器有很多种类型，了解他们的工作原理