回旋加速器教学设计

3.6教学设计——回旋加速器人教版选修3-1 第三章第6节一、教材分析本节教材是从学生已经学过的知识入手，先简单介绍直线加速器的设想，提出不足，进而引出回旋加速器，分析其工作原理，并简单介绍回旋加速器的结构。

通过对比多级直线加速器和回旋加速器的优缺点，显示科学发展的规律和发展的方向，引导学生思维，开阔学生思路，强化学生探索意识，激发学生学习兴趣。

二、学情分析学生对电场和磁场的相关知识有了一定的了解，能够通过自己的分析探索带电粒子的加速原理，进而得到回旋加速器的基本构造。

根据本节课内容特点和学生现状，采取探究学习的方法，锻炼学生的探索创新能力、分析解决问题能力，升华情感态度和价值观。

具体教学策略是首先提出实际问题，激发学生的学习兴趣，引导学生分析问题，激发学生的思维，结合所学知识提出解决问题的方案，最后达到解决问题的目的，让学生体验成功的喜悦，树立科学探索精神。

三、教学目标1.a.知道回旋加速器的基本构造和加速原理。

b.知道加速器的基本用途；c.通过情景设置, 培养学分析实际问题、解决实际问题的能力；d.通过师生、生生思维碰撞, 开阔学生, 思维锻炼学生的创新意识.2.通过问题提出，结合所学知识，引导学生探究，最后达到知道加速器的基本结构和加速原理的教学目的，让学生体会研究、设计新仪器的思路。

3.a.介绍我国高能粒子加速器——北京正负电子对撞机, 培养民族自豪感, 激发学生的学习兴趣；b.体验探究乐趣, 激发创新意识。

四、教学重难点教学重点: 回旋加速器的构造和加速原理；教学难点: 交变电压的周期和粒子的运动周期相同。

五、教学方法预习检测、教师引导、课堂交流讨论六、教学过程预习任务回顾：1.阅读课本101页至102页回旋加速器相关内容；2.完成《新新学案》大册子87页预习内容填空。

一、预习情况交流：1.为什么要对带电微粒进行加速？答：认识原子核内部结构的需要，加速粒子充当“炮弹”；追问：原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，为什么质子和质子之间没有因为斥力而解散呢？目的：引导学生回答出强相互作用，并复习四种基本相互作用。

2.对带电微粒进行加速，选用电场还是磁场？答：选用电场。

因为洛伦兹力对运动电荷不做功追问：为什么洛伦兹力对运动电荷不做功？目的：引导学生回忆左手定则。

3.如何实现带电粒子在电场中的加速，请画出示意图并计算粒子获得的动能？（假设已知m 、q 、u 、E 、d 、0v 0=）此处邀请学生上黑板演板并由学生直接讲解。

答：电场中加速的示意图如下：单级加速：2mv 21U q = 多级加速：2n 21n 21mv 21)U U U (q qU qU U q =+++=+++4.采用电场对带电粒子进行加速遇到的问题？答：单级加速无法实现较高电压；多级加速占据空间很大。

此处给学生一组资料，让学生感知单级和多级加速遇到的问题。

相关资料,m q m ,单级加速 多级加速受到高压设备及绝缘的限制，加速电压不能过高，导致一次加速的方式能得到的带电粒子能量较低。

譬如加速电压为2万伏特，质子由静止开始加速，其最终获得的能量只有eV2.315-⨯）。

101024⨯（J 莱泼正负电子对撞机位于瑞士日内瓦与法国交界处, 是一个建于地表下50至170米深，周长27公里，直径3.8米的圆环形通道, 该工程由14个国家共同投资建设.附：北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速器中心之一，是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施;由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。

北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在τ轻子和粲粒子产生阈附近研究-τ粲物理的大型正负电子对撞实验装置，也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。

本段资料的主要任务是让学生了解我国加速器的发展情况，增强国家认同和民族自豪感。

5.如何解决上述问题？答：磁场偏转、电场加速，制作出回旋加速器。

追问：磁场和电场应该分开，还是共存在同一区域？目的：为后续讲解回旋加速器的结构做铺垫。

6.回旋加速器的构造及运行方式？本问题中先由教师提问，学生回答回旋加速器的结构。

再由教师引导学生，得到回旋加速器的运行方式。

7.回旋加速器遇到的问题及解决策略？答：粒子能量达到25—30MeV 后，很难再加速。

粒子受到狭义相对论质速关系的约束，影响运动周期。

解决策略：回归直线加速。

此问题，回旋加速器遇到的问题学生很容易在书上找出答案，但是解决策略则需要学生思考，基本能得出两种答案：1.调整电场变化的周期，使电场变化的周期与粒子在磁场中运动的周期始终保持一致；2.回归多级直线加速器。

二、思考与讨论1.带电粒子从回旋加速器射出的最大速度与加速电压是否相关？（max R B 、一定）解：由r v m B qv 2=，得：B q mv r =，变形知：mr B q v =，所以，对同一粒子而言，速度仅与半径相关。

而从回旋加速器中离开粒子的最大绕行半径均为回旋加速器的半径，所以带电粒子从回旋加速器射出的最大速度与加速电压无关。

有以上分析知：mr B q v max max =。

2.带电粒子运行第一个半圈、第二个半圈、第三个半圈······第n 个半圈的半径比？ 解：粒子第一次加速，有：21mv 21qU =，1211r v m B qv =，得：m qU 2qB m r 1= 粒子第二次加速，有：222122mv 21qU 2mv 21mv 21qU =⇒-= 又2222r v m B qv =，得：m qU 22qB m m qU 4qB m r 2⨯== 粒子第三次加速，有：232223mv 21qU 3mv 21mv 21qU =⇒-=， 又3233r v m B qv =，得：m qU 32qB m m qU 6qB m r 3⨯== 经过观察与思考，发现：当粒子进行第n 次加速时，有：0mv 21nqU 2n -=，n2n n r v m B qv =，得：m nqU 2qB m r n = 经以上分析，可得：n ::3:2:1r ::r :r :r n 321 =，由此可 得：）（）（）（）（）（）（1-n -n ::2-3:1-2:1r -r ::r -r :r -r :r 1-n n 23121 = 3.带电粒子在回旋加速器中的运动时间？（已知m 、q 、B 、m ax R 、u 、d ）解：经分析知，电磁总t t t +=，但不论是求磁t 还是电t ，都需要知道粒子在回旋加速器中加速的次数，也就是粒子在磁场中做半圈匀速圆周运动的次数。

有思考与讨论1知，m r B q v max max =，而0mv 21nqU 2max -=，联立以上两式，得到粒子在电场中加速的次数，也就是粒子在磁场中做半圈匀速圆周运动的次数mU 2R qB qU 2v m n 2max 22max ==, 所以U2BR 2T n t 2max π==磁。

对于粒子在电场中的加速时间，若省去磁场中的匀速圆周运动而言，可看作UdBR qU m d m qBR a v t max max max =⨯==电, 由此可以到到粒子在回旋加速器中运动的总时间：U dBR U 2BR t t t max 2max +=+=π电磁总，进一步化简可得：)dR 2R (U2B t t t max 2max +=+=π电磁总，大多数情况下，电场区域的宽度d 较小，即电磁t t <<，可认为U 2BR t t 2max π=≈磁总。

三、课堂小结课堂小结由学生完成。

教师预备发言：本节课学习了回旋加速器，知道了回旋加速器的结构及运行方式，并对回旋加速器的相关问题进行了探讨。

四、课堂演练例1.1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D 形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是( )A.离子由加速器的中心附近进入加速器B.离子由加速器的边缘进入加速器C.离子从磁场中获得能量D.离子从电场中获得能量答案：AD例2.一个用于加速质子的回旋加速器,其D 形盒半径为R,垂直D 形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,两盒分别与交流电源相连，下列说法正确的是( )A.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大B.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大C.只要R足够大,D.不需要改变任何量,这个装置也能用于加速α粒子答案：A五、作业布置1.完成练习册回旋加速器相关习题2.查找相关资料，了解加速器的发展情况，下节课进行交流学习。

3.预习教材质谱仪相关内容，完成《新新学案》大册子86页内容六、课后反思作为一节公开课，回旋加速器这节内容比较顺利的讲完了，有一些心得与收获，在此记下来：自己的设想是想让学生的提前预习，然后通过预习互动，推动课堂发展，但学生的预习并不到位、不深入，导致预习交流阶段的课堂推进缓慢。

评课过程中，各位老师提出的建议，我很赞同：1.引导学生的问题以及学生回答问题之后的追问有时有些随意，甚至会产生一些误导。

2.有时自己思考问题也喜欢以感性的方式思考，不喜欢以理性的方式列式说明，如思考与讨论1中v与加速电压是否相关的问题讨m ax论；3.围绕课堂的主线在紧凑一些，尽量不要因为和学生的互动而偏离主线，要做到形散神聚。

以上是其他资深教师对我的这节课提出的建议，我将铭记于心，依次为鞭策点，继续不断前进。