关于回旋加速器一课的教学设计与反思

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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 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。

《洛伦兹力的应用—回旋加速器》教学设计

《洛伦兹力的应用—回旋加速器》教学设计
以6人为小组,思考讨论,呈现在大卡上,悬挂到教室墙边的绳子上
提出适度开放问题,启发利用已有知识设计方案来解决区分电性问题,充分唤醒学生已有知识,在原有基础上不断生长,诱导了学生无穷的创造力。
换个角度学习知识,以前都是采用宣讲的方法,告诉学生利用偏转磁场、偏转电场可测带电粒子电性,让学生通过带电粒子的运动轨迹判断电性。
2:带电粒子的速度方向垂直于磁场方向将做什么运动?
3:推导出在B⊥v情况下的两个重要公式
4:除磁场外,什么“场”对电荷也有力的作用,列举这种“场”对电荷作用的典型情况
关于教学策略选择的阐述
本节课采用学生课前预习、课堂中组成学习小组、板卡互动(EEPO模式)、探究式教学等方法相结合。
课堂教学过程设计思路
1、
理解
理解运动电荷垂直进入匀强磁场时,电荷在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动。
2、
理解
了解带电粒子在磁场中偏转规律在现代科学技术中的应用,了解高能物理领域中的科技发展状况。
3、
应用
能应用所学知识解决电场、磁场的简单的综合问题
项目
内容
解决措施
教学重点
掌握运动电荷在磁场中圆周运动的半径和周期的计算公式以及运用公式分析各种实际问题。
本次教学换个角度处理这个问题,让学生自己设计方案区分电性,开阔了学生的思路,提高了学生学习兴趣
教师选择小组发言、点评,
该组代表到本组大卡前阐述本小组设计方案,其他同学倾听
学生交流的过程也是相互学习的过程,既给学生提供充分展示自己的机会,又使聆听的学生从别人的设计中得到有益的启发,使学生充分认识到合作与交流的重要性。
与本节
(课)相关
的学生特
征的分析
从学生角度看,学生已基本掌握洛伦兹力的相关知识,本节的探究活动采用的是提出适度开放问题,启发利用公式、设计仪器方案来解决带电粒子在电场、磁场中运动问题,充分唤醒学生已有知识,在原有基础上不断生长,诱导了学生无穷的创造力。

回旋加速器教案

回旋加速器教案

回旋加速器教案一、教学目标1.了解回旋加速器的定义和用途。

2.掌握回旋加速器的工作原理。

3.理解回旋加速器对物质进行加速和研究的意义。

4.能够解释回旋加速器与其他加速器的区别。

5.培养学生的科学实验观察和推理能力。

二、教学内容1.回旋加速器的定义和用途。

2.回旋加速器的工作原理。

3.回旋加速器的应用。

4.回旋加速器与其他加速器的比较。

三、教学过程导入:1.显示图片或视频,引导学生思考:什么是回旋加速器?回旋加速器有什么用途?知识讲解:2.定义和用途:回旋加速器是一种用于将离子或高速粒子加速的装置。

它能够产生高能量的电子、质子、中子等粒子束,用于核物理实验、生物学和医学研究等领域。

例如,回旋加速器被用于产生高能量的正电子和反质子,用于医学成像和放射性疗法。

3.工作原理:回旋加速器利用静电力和磁场力的相互作用,将带电粒子不断加速。

一般来说,回旋加速器由环形磁场和交变电压构成。

当带电粒子进入回旋加速器后,会被磁场束缚在环形轨道上,然后通过交变电压的作用不断加速,最终达到所需的能量。

4.应用:回旋加速器广泛应用于核物理和粒子物理的实验研究中。

例如,回旋加速器可以加速质子和重离子,用于研究原子核的性质和结构。

此外,回旋加速器还可以生产反物质,用于研究宇宙起源和物质构成等问题。

5.比较:与其他加速器相比,回旋加速器具有以下特点:首先,回旋加速器能够加速带电粒子到非常高的能量,远远超过线性加速器的限制。

其次,回旋加速器可以将粒子束稳定地束缚在环形轨道上,使得粒子束的稳定性得到保证。

最后,回旋加速器相对来说比较复杂,建设和维护成本较高。

实践探究:6.学生小组讨论:回旋加速器的工作原理和应用。

7.学生设计实验:利用模拟回旋加速器的装置,观察带电粒子在磁场和电场的作用下的运动轨迹。

8.学生通过实验观察和讨论,总结回旋加速器的工作原理和优点。

知识拓展:总结提高:10.教师总结:回旋加速器是一种重要的科学实验装置,对于物质结构和性质的研究具有重要意义。

高二物理-回旋加速器教案

高二物理-回旋加速器教案

高二物理-回旋加速器教案一、教学目标:1. 了解回旋加速器的原理和应用。

2. 理解电场、磁场的作用。

3. 掌握离子在回旋加速器中如何加速的过程。

4. 能够计算回旋加速器的磁场强度、电场强度、离子轨道。

二、教学重点:1. 回旋加速器的原理和应用。

2. 电场、磁场的作用。

3. 离子在回旋加速器中的加速过程。

三、教学难点:1. 离子在磁场和电场中的受力情况。

2. 如何确定离子的轨道和速度。

3. 如何设计出符合要求的磁场和电场。

四、教学过程:1. 回旋加速器的工作原理(1)介绍什么是回旋加速器,回旋加速器的工作原理。

(2)通过示意图介绍回旋加速器的结构,包括注入系统、加速器、减速器、探测系统等部分。

2. 离子在磁场和电场中的运动(1)介绍带电粒子在磁场中的受力情况,洛伦兹力的作用。

(2)介绍带电粒子在电场中的受力情况,库仑力的作用。

(3)掌握带电粒子在磁场和电场中的运动轨迹,以及如何计算力和速度。

3. 磁场和电场的设计(1)介绍如何设计符合要求的磁场。

(2)介绍如何设计符合要求的电场。

(3)通过示意图展示磁场和电场的结构和工作原理。

4. 回旋加速器的应用(1)介绍回旋加速器在物理、化学、医学等领域的应用。

(2)通过案例介绍回旋加速器的应用情况,如核物理实验、药物研究、疗法治疗等。

五、教学方法:1. 课堂讲授法。

2. 小组讨论法。

3. 实验法。

4. 视频观看法。

六、教学手段:1. 多媒体课件、视频资料。

2. 教学实验器材。

七、教学评价:1. 课堂练习和考试。

2. 学生提交实验报告和讨论文。

3. 听课笔记和课堂参与度。

回旋加速器说课稿

回旋加速器说课稿

回旋加速器说课稿回旋加速器说课稿作为一名教学工作者,有必要进行细致的说课稿准备工作,是说课取得成功的前提。

那么写说课稿需要注意哪些问题呢?以下是小编帮大家整理的回旋加速器说课稿,仅供参考,大家一起来看看吧。

一、学生分析1、学生的学习心理及思维分析高二学生学习自觉性增强,获取知识一方面从教师那里接受,但这种接受有别于以前的被动接受,它是在经过自己思考、理解的基础上接受;另一方面通过自学主动获取。

2、学生学习本节的基础知识分析学生已掌握电场对带电粒子的加速原理及带电粒子在磁场中的偏转,但还不能将二者有机结合起来。

学生对交流电知识了解很浅,理解同步加速存在困难。

3、学习本节的思维障碍分析由直线加速器向回旋加速器的思维提升,学生对电场加速和磁场偏转不能有机结合,思维上存在一个跨度。

二、教材分析1、本课内容的地位与作用回旋加速器作为一种高科技的实验设备,学生对其怀有浓厚的学习兴趣,如能有意识地让学生到当今科学的前沿“圣地”去涉足一番,将会有助于他们开阔视野,培养志趣。

回旋加速器又是洛仑兹力应用的著名实例,通过本节课,可使学生对电磁学的有关知识作一次较广泛的复习和运用。

2、教学目标知识与技能1、知道获得高能粒子的几种途径。

2、知道回旋加速器的基本构造和加速原理。

过程与方法通过由直线加速器迁移到回旋加速器,培养学生解决实际问题的能力,开阔学生思路。

态度情感价值观介绍高能粒子加速器—北京正负电子对撞机,培养民族自豪感,激发学生学习科学报效祖国的热情。

3、重点与难点1、重点:回旋加速器的`加速原理。

2、难点:加速电场的平行极板接的是交变电压,且它的周期和粒子在磁场中偏转的周期相同。

3、疑点:当粒子加速到接近光速时,加速粒子就不可能了。

三、教法与学法教法:讲授法,谈话法,多媒体教学法,学生小组讨论法,让学生开动脑筋,设计高能粒子加速器。

将教学思路拟订为“探底铺垫——自主探究——巩固内化——拓展延伸”,努力构建探索型的课堂教学模式。

《回旋加速器》教学的反思

《回旋加速器》教学的反思

《回旋加速器》教学的反思高中物理新课程标准将学生探究能力的培养作为物理教学的目标之一,探究性教学法是培养学生科学探究能力和创新能力的一种重要的教学方法。

在教学活动中,教师通过创设问题情景来引导学生通过分析判断、交流讨论、总结归纳及教师的点拨提示等途径。

使学生理解、掌握知识,进而产生创见并能发现问题、分析问题和解决问题。

这里,我以“回旋加速器”一节为例,谈谈探究性教学的过程及体会。

1探究性学习的阅读准备阶段先给出如下材料,让学生阅读并思考:材料1:在现代物理学中,人们要用能量很高的带电粒子去轰击原子核,来观察它们的变化情况,怎样才能在实验室里大量产生高能量的带电粒子呢?这就要用一种常用的实验设备——加速器。

思考:请你根据已学过的知识,设计一种加速器,并画出原理图。

接着将学生所画的加速器的原理图投影展示出来,如图1所示。

®I s®l!II!卜+1/6+-i--+「+4「雄二螳三跳n®2图L图再给出一段材料,进一步启发学生思考:材料2:这种加速器的原理是利用电场进行加速的,早期的加速器就是利用高压电源的电势差来加速带电粒子的。

但它受实际所能达到的电势差的限制,粒子获得的能量只能达到几十万到几兆eV。

如何改进加速器,使粒子能获得更高的能量呢?让学生汇报改进的方法:采用多级电场的加速,如图2所示。

教师评价学生的设计思想:采用这种多级直线加速器,是很合乎道理的想法,但要实现这一设想,需要建一个很长很长的实验装置,长度要达几km到几十km,其中包含多级提供加速电压的装置。

在2O世纪初,人们很难建造。

思考:能否设计一种加速器,使粒子在较小的空间内得到电场多次的加速呢?体会:在阅读准备阶段,教师在课前要精心编写材料和思考题,创设问题情景,以激发学生解决问题的动机。

在课上让学生通过阅读,驱使他们在好奇心的诱发下去思考、去探究。

2交流、讨论阶段将学生分成若干小组,先让学生各自独立思考,并在小组内交流讨论,筛选出一种小组内一致同意的方案,然后由各组代表在课堂上展示原理图并陈述自己设计的思想。

回旋加速器教案

回旋加速器教案

回旋加速器棠湖中学王若彬教学目标:1.通过小组合作学习理解直线加速器的构造及原理。

了解直线加速器的优缺点。

2.通过小组合作学习理解回旋加速器的构造及原理。

并会计算交流电源的周期和带电粒子所能达到的最大速度及最大动能。

3.通过学习,让学生体会团队合作的重要性,并让学生养成勤于动手,勤于动脑的好习惯。

教学重点:回旋加速器所加交流电源的周期,及带电粒子所能达到的最大速度及最大动能。

教学难点:回旋加速器所加交流电源的周期,及带电粒子所能达到的最大速度及最大动能。

教学方法:学生小组合作解决问题,教师总结归纳。

教学过程:一.新课引入教师:提问:1. 为什么我们要制造粒子加速器?2. 常见的粒子加速器种类有哪些?这两个问题布置同学们课前上网查阅资料,并制成PPT,选一个小组代表上来为同学们展示成果。

教师:从同学们展示的PPT中,我们知道了粒子加速器的作用,也见识了形形色色的粒子加速器,那同学们想要了解这些粒子加速器的构造及原理吗?学生:想~~~教师:那好,我们今天就来研究这个问题。

下面请同学们完成学案上课前预习的几个问题。

二.完成课前预习问题,并展示。

课前预习1 如图所示,已知带电粒子质量为m,电荷量为q,两极板间的电压为U,粒子进入极板的初速度忽略不计,求粒子出射时的速度v?思考:由公式可知,对同种带电粒子(m,q相同),当越大,v越大2 当带电粒子垂直进入磁场时,粒子做运动。

由= 可得R=由公式可知,对同种带电粒子(m,q相同),当增大,R增大。

由= 可得T=由公式可知,带电粒子在磁场中运动周期和,,有关,与,无关。

3 洛伦兹力只改变速度的 ,不改变速度的 。

所以要对带电粒子加速只有 。

三. 课中小组合作学习1. 直线加速器教师:由预习可知,要对带电粒子加速,只有电场,而对同一带电粒子,要让它获得更高的速度,只有提高两极板间的电压,但是电压可以无限增大么?答案是否定的,为什么?学生回答。

教师:那同学们想个办法来解决一下这个问题,怎么做?学生:多级加速。

高二物理:第六节回旋加速器(教学方案)

高二物理:第六节回旋加速器(教学方案)

( 物理教案 )学校:_________________________年级:_________________________教师:_________________________教案设计 / 精品文档 / 文字可改高二物理:第六节回旋加速器(教学方案)Physics covers a wide range. There are many occupations related to physics. A good study of physics also provides better conditions for employment.高二物理:第六节回旋加速器(教学方案)教学目的使学生知道回旋加速器的基本结构,理解它的工作原理;并通过教学,进一步激发学生的学习兴趣,培养他们运用物理知识分析和解决实际问题的能力.教学过程师:在现代物理学中,为了研究物质的微观结构,人们往往利用能量很高的带电粒子作为“炮弹”,去轰击各种原子核,以观察它们的变化规律.为了大量地产生高能粒子,就要用到一种叫做加速器的实验设备.同学们一定听说过北京正负电子对撞机吧,它就是我国于1989年初投入运行的第一台高能粒子加速器,它能使正负电子束流的能量分别达到28亿电子伏.加速器究竟是怎样产生高能带电粒子的呢?这就是今天要学习的课题.让我们都以探索者的身份,从已有的基础知识出发,一起去寻求问题的答案吧.(由加速器的重要应用以及我国科技新成就导出课题,可以激发学生的求知欲望;要求学生以探索者的身份进入角色,旨在将他们推上学习的主体地位.)师:先请哪位同学回答:用什么方法可以加速带电粒子?生:利用电场可使带电粒子加速.师:(板画图1)根据图示条件,带电粒子加速后可获得多大能量?生:ek=mv2/2=qu师:回答正确.由此看来,要获得高能量的带电粒子,就必须尽量提高加速电压.但我们知道,实际能达到的电压值总是有限的,不可能太高,因而用这种方法加速粒子,获得的能量也不够大,只能达到几十万至几兆电子伏.请同学们想一想,如何突破电压限制,使带电粒子获得更大的能量呢?(疑问是思维的源头,问题是探索的中心.教学中及时、巧妙地存疑设问,是教师主导作用的重要体现.)甲生:我想是否可以再加几个电场,让带电粒子逐一通过它们.(教师根据学生回答,在图1上改画成图2)师:大家认为这种设想有道理吗?乙生:我认为有道理.这样一来,每个电场的电压就不必很高.尽管带电粒子每次加速得到的能量不是很大,但最后的总能量却可达到ek=nqu,只要增加电场的数目n,就可使粒子获得足够大的能量.师:说得对.采用多个电场,使带电粒子实现多级加速,这确是突破电压限制的好方法.同学们能提出这样富有创见的设想,十分可贵,但是,我们再仔细推敲一下它的可行性:按图2所示的方案,真能实现多级加速吗?(学生陷入沉思.顷刻,有部分同学恍然大悟)丙生:这个方案不可能获得高能量的带电粒子!师:你发现什么问题了吗?丙生:从图上可以看出,在相邻两级加速电场的中间,还夹着一个反向电场,当带电粒子通过它们时,将会受到阻碍作用.师:丙同学考虑问题很全面,他不但看到了加速电场这有利的一面,同时还注意到了存在减速电场这不利的一面.那么我们能否“兴利除弊”,设法把加速极板外侧的减速电场消除呢?生:……师:(进一步启发)请大家联系已学的知识:要防止外界电场的干扰,可采用什么措施?生:采用静电屏蔽.师:对.我们可用金属圆筒代替原来的极板.(在图2上改画成图3)这样,既可以在金属圆筒的间隙处形成加速电场,又使得圆筒内部的场强为零,从而消除了减速电场的不利影响.师:再让我们讨论一下电源.为了简化装置,我们可用一个公用电源来提供各级的加速电压.(在图3上改画成图4).如果我们要加速一带正电的粒子,若电源的极性保持恒定(始终为a正b负),你认为这个粒子能够“一路顺风”,不断加速吗?生:不可能.因为,按这样的极性,带电粒子在第一级电场中能得到加速,但到了下一级就会减速.粒子从加速电场得到的能量,将在减速电场中丧失贻尽.师:说得很对.我们有什么方法可解决这个矛盾吗?生:如果能及时地改变电源的极性,就可以解决了.师:好主意!你能对照图4具体说明一下这“及时”的含义吗?生:设开始时电源极性为a正b负,带正电粒子在第一级电场中加速,当它穿过第一只圆筒即将进入第二级电场时,电源极性应立即变为a负b正,使粒子又能继续加速.同理,当它穿过第二只圆筒刚要进入第三级电场时,电源又及时地改变极性,……以后也是如此.师:分析正确.可见,为了实现带电粒子的多级加速,应该采用交变电源;并且,电源极性的变化还必须与粒子的运动配合默契,步调一致,即要满足同步条件,这是确保加速器正常工作的关键所在.那么,如何做到这一点呢?如果使交变电源以恒定的频率交替改变极性,能够满足同步条件吗?甲生:不能满足.因为带电粒子加速之后的速度越来越大,若金属圆筒的长度相等,则它每次穿越的时间就会越来越短.如要保证同步,电源频率应该越来越高才行.师:谁还有不同的见解吗?乙生:我认为当电源频率恒定时,也有可能满足同步条件,只要使得金属圆筒的长度随着粒子速度的增大而相应地加长就行了.师:甲、乙两位同学的意见可谓异曲同工,都有可能满足同步条件.在具体实施时,人们一般采用的是后一种方案.很明显,实施这种方案的关键,在于合理地设计金属圆筒的长度.那么,各圆筒长之间究竟应符合怎样的关系才行呢?这个问题稍许复杂一点,但只要运用我们所学的有关知识,也是不难解决的.有兴趣的同学在课后可以继续讨论,去完成这项设计任务.(教学内容的安排应有弹性,注意留有余地,以贯彻“因材施教”的原则.)师:通过以上的探索和研究,我们实际上已经勾画出一台加速器的雏形了.“麻雀虽小,五脏俱全”,它包含着一般加速器应具备的几个基本要素.下面,就请同学们一起来小结.(根据学生回答,归纳并板书,关键字眼以彩笔突出.)①利用电场加速带电粒子;②通过多级加速获得高能粒子;③将加速电场以外的区域静电屏蔽;④采用交变电源提供加速电压;⑤电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件.(此段小结很有必要.它不仅可将前段探究活动的成果及时整理、提炼、充实和完善学生的认知结构,同时,也为接着学习回旋加速器奠定了基础,从而起到了承前启后的作用.)师:刚才讨论的这类加速器,人们通常称之为直线加速器.例如北京正负电子对撞机的注入器部分,就是一个全长200多米的直线加速器.这类加速器固然有其优点,但它的设备一字儿排开,往往显得拖沓冗长.于是,我们自然会想:能否寻找一种既可使带电粒子实现多级加速,又不必增加设备长度的方法呢?生:……(思考、议论)师:(自言自语)如果只用一个电场,带电粒子经过加速后还会再次返回,那就好了.……用什么方法能使粒子自动返回呢?……生:(豁然开朗)外加磁场!利用带电粒子在匀强磁场中作圆周运动的特点,可使它重返电场,再次加速.师:好,这确是个巧妙的构想,说不定它还会导致一种新型加速器的延生呢!(学主情绪亢奋,信心骤增)(学习上的探究活动,同样需要有情绪力量的投入.为此,教师讲课不妨带些“情感色彩”,以利于渲染教学氛围,激活学习动因.) 师:下面就让我们按着这条思路,来具体分析一下工作原理.(板画图5)设位于加速电场中心的粒子源发出一个带正电粒子,以速率v0垂直进入匀强磁场中.如果它在电场和磁场的协同配合下,不断地得到加速,你能大致画出粒子的运动轨迹来吗?请每位同学都动手试试.要边画图,边思考,并注意联系前面归纳出的几条结论.(教师巡视,对有困难的学生予以指导.多数学生完成之后,抽一人在图5上板画,得图6所示轨迹.)师:同学们都已把带电粒子的运动轨迹画出来了.接下去,请大家思考几个问题.第一,从画出轨迹看,它是条半径越来越大的螺旋线,这是什么缘故?生:根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r=mv/bq,随着粒子不断加速,它的速度越来越大,因此,半径也相应增大.师:对.再看第二个问题:为使带电粒子不断得到加速,提供加速电压的电源应符合怎样的要求?生:要采用交变电源,并且,还必须使电源极性的变化与粒子的运动保持同步.师:你能对照图6,再具体说明一下吗?生:带正电粒子以速度v0进入磁场,当它运动半周后到达a1时,电源极性应是“a正a′负”,粒子被电场加速,速率从v0增加到v1.为“a负a′正”,使粒子再次加速,速率从v1增加到v2……以后的情形就以此类推.师:回答正确.从刚才的分析可以看出,电场的作用是使粒子加速,磁场的作用则使粒子回旋,两者的分工非常明确,同时,它们又配合得十分默契:电源交替变化一周,粒子被加速两次,并恰好回旋一周,这正是确保加速器正常运行的同步条件.(板书如下)师:还有第三个问题:随着粒子不断加速它的速度和半径都在不断增大,为了满足同步条件,电源的频率也要相应变化吗?生:不需变化,因为带电粒子在匀强磁场中的运动周期t=2πm/bq,它与速度无关.师:说得对.对于给定的带电粒子,它在一定的匀强磁场中运动的周期是恒定的.有了这一条,我们就可免却随时调整电源频率以求同步的麻烦了.从而为最终实施我们的上述构想,提供了极大的便利.早在1932年,美国物理学家劳仑斯正是沿着与我们相仿的巧妙思路.发明了回旋加速器,从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步.为此,劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖.(学生再次体验到成功的喜悦,似乎他们也分享到了其中的一份.)师:下面让我们来看回旋加速器的基本结构.(出示挂图)从图上可以看出,回旋加速器主要由下列几部分组成(板书):d形盒、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置等.其中,两个空心的d 形金属盒是它的核心部分.同学们能说明它的作用吗?(让学生自学课本,然后回答)甲生:这两个d形盒就是两个电极,可在它们的缝间形成加速电场.师:谁还有补充吗?乙生:它还起到静电屏蔽的作用.使带电粒子在金属盒内只受磁场力作用,从而做匀速圆周运动.师:书上还提到一个细节:“两个d形盒之间留一个窄缝,……”想一下,为什么要留窄的缝?宽些就不成吗?丙生:……丁生:如果缝很宽,粒子穿越电场所用的时间就不容忽略.而这个时间是要随粒子运动速度的增加而变化的,从而使得粒子回旋一周所需的时间也将随之变化,这就会破坏同步条件.如果是窄缝,粒子在电场中运动的时间可以不计,就可避免不同步的麻烦了.师:说得很对.看来同学们对回旋加速器的原理和结构己有了一定的理解.在此基础上,请大家再讨论一个问题:假如由你来设计一台回旋加速器,要求能使带电粒子获得更高的能量,你打算采用哪些措施?(提出这种设计性问题的目的,在于深化学生思维,活化物理知识,使学习活动跨上更高的台阶.)甲生:可以提高电源的电压.由公式ek=qu可知,电压值大了,粒子获得能量也大.乙生:还可以加大d形盒的半径.使带电粒子有更大的回旋余地,随着加速次数的增多,粒子具有的能量也就大.丙生:也可以增加磁感应强度.根据公式r=mv/bq,对应于一定的速度,b值越大,粒子的回旋半径b就越小,这样它在d形盒内就可以兜更多的圈,从而获得更大的能量.师:对于上面几位同学的意见,大家有没有补充或不同的看法?丁生;我认为甲同学的说法不对.因为提高了电源的电压后,尽管可以使粒子每次加速获得的能量增大,但相应的回旋半径也要增大,这又会使得加速次数减少,最后粒子的总能量不见得就大.师:同学们能发表不同的见解,这很好.究竟谁是谁非呢?我们还可以进一步分析:在回旋加速器的最大半径和磁场都确定的条件下,带/2=b2r2q2/2m.这就告诉我们,对于给定的带电粒子来说,它能获得的最高能量与d形电极半径的平方成正比,与磁感应强度的平方成正比,而与加速电压无直接的关系.讲到这里,有的同学可能会想,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大d形盒半径,我们不就可以使带电粒子获得任意高的能量了吗?但实际并非如此.例如:用这种经典的回旋加速器来加速粒子,最高能量只能达到20兆电子伏.这是因为当粒子的速率大到接近光速时,按照相对论原理,粒子的质量将随速率增大而明显地增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,这就破坏了加速器的同步条件.为了获得更高能量的带电粒子,人们又继续寻找新的途径.例如,设法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致,于是就出现了同步回旋加速器.除此之外,人们还设计制造出多种其它的新型加速器.目前世界上最大的加速器已能使质子达到10000亿电子伏以上的能量.我国在高能粒子研究方面发展很快,并取得了多项世界瞩目的成就.希望同学们树立志向,奋发学习,将来把祖国的科学技术推向世界的最前沿!教案说明一关于课题选定回旋加速器作为一种高科技的实验设备,学生往往对其怀有浓厚的学习兴趣,如能有意识地让学生到当今科学的前沿“圣地”去涉足一番,哪怕是十分粗浅,也将会有助于他们开阔视野,培养志趣.同时,回旋加速器又是洛仑兹力应用的著名实例,藉此机会,可使学生对电磁学的有关知识作一次较广泛的复习和运用.因此,本课题虽属选学内容,但在学生条件许可的情况下,仍然值得一学.二关于教材处理本节课的教材组织及教学流程,可用以下图式表示:这里值得说明的问题是:在顺序上,把直线加速器提在前,而将回旋加速器置于后,这样是否有悖史实?在内容上,回旋加速器是课题的中心,但却要化相当篇幅去讨论直线加速器,这样会否喧宾夺主?教学过程应该是有序的,这就必须牢牢把握两条脉胳:一是教材知识的内在联系,二是学生认识的发展规律.为此,教师应能驾驭教材,对教学内容作一番必要的剪辑或加工,这也是一种教学艺术的再创造.本节教案作如上的安排,正是为了体现这种有序性.从知识的内在联系看,直线加速器与回旋加速器的工作原理有着诸多相同之处,因此可将前者作为后者的铺垫.在理解直线加速器原理的基础上,一旦突破“磁场回旋”这个拐点,回旋加速器的得出就是水到渠成的了.再从学生的认知规律看,他们对直线加速器的理解,一般要比回旋加速器来得容易,于是可把前者当作后者的桥梁.学生在解剖直线加速器这只“麻雀”的过程中,发现了加速器所应具备的若干重要条件,并经过他们自己的总结、整理,建立起来相应的认知结构.以此为依托,有关回旋加速器的内容就可以通过与结构中的有关知识互相作用,实现同化,从而顺利达成知识的迁移.三关于教法设计这类课题如果沿用“讲解原理,介绍结构”的传统教法,很可能造成教师呆板地讲、学生被动地听的局面.学生所获得的也只是些静态的知识(现成结论),而那些蕴含于研究过程中的动态知识(科学方法等),却得不到应有的开发.这实在是教学上的重大失策.本课试图改变这种状况,按照“教师为主导,学生为主体,过程为主线”的教学设想,采取了引导探究的教学方法.即把教材内容有机地划分成若干个探究阶段,并辅之以一系列环环相扣的问题,铺设成一条通往知识高峰的阶梯,并力求拓展课题的探究过程,尽量扩大学生的活动空间.在整个过程中,既有学生的积极参与、拾级攀登,又有教师的点拨引导、及时调控.通过师生双边的信息交流,不断地将教学活动引向深入,使学生在获取新知的同时,还亲身经验到科学研究的思想方法,进一步培养了他们的能力。

高二物理选修3-1《回旋加速器》教学设计

高二物理选修3-1《回旋加速器》教学设计

高二物理选修3-1《回旋加速器》教学设计教学目标一、知识目标:1.知道回旋加速器的基本构造和加速原理。

2.知道加速器的基本用途。

二、能力目标:通过学生对回旋加速器设计思想的讨论和原理图的构想的讨论,开发学生的思维能力和创新能力。

三、德育目标:通过对回旋加速器又一个科研成果在技术中应用的典型事例的学习,使学生更进一步认识到科学研究在推动人类技术进步中的重要作用。

重难点分析1.简单介绍直线加速器的构造、原理和问题。

教材中图16-29是直线加速器的示意图,粒子在每一级“+〞、“-〞间被加速,在各级之间有金属圆筒容纳粒子进行匀速运动。

由于粒子的速度越来越大,在相同的时间里所运动的路程越来越大,容纳粒子运动的金属圆筒也要越来越长。

假设干个圆筒排列下来,加速装置所需的长度很大,技术上不好解决。

2.保留多级加速的设想,把原来粒子在金属圆筒中的匀速直线运动改变为匀速圆周运动,是回旋加速器的基本思路。

由于运动电荷在磁场中做匀速圆周运动,可以在粒子运动的平面上加上垂直的匀强磁场,是粒子在这个平面上做匀速圆周运动。

由与半径与速度成正比,随着粒子运动速度的增加,粒子的运动半径也增加。

由于粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关,保证了粒子在两级加速之间运动的时间相等。

(配用课件:回旋加速器原理)3.本节从知识上已经运用了带电粒子在电场中被加速,在磁场做匀速圆周运动。

首先可以把带电粒子在电场中和在磁场中的受力情况、运动情况进行对比。

并做一些相应的练习。

做抛物线运动电荷速度大小、方向都改变课题引入1.提出问题:在现代科学技术中,为了得到高能量的粒子,怎样使它们的速度增加上去?回答是利用电场加速,Uq=△E k。

2.由于设备问题,很难得到很高的电压,因此必须象接力赛一样,一级一级的逐渐的加速,这就是直线加速器。

由于直线加速器占地很大,人们想到利用磁场的偏转作用,让粒子回旋,引出了回旋加速器。

教具:计算机多媒体课件学法引导1、教师通过复习提问法导入,创设物理情境启发学生思考讨论,总结规律.2、学生复习电场知识,积极思考想象,在教师指导下推导,总结回旋加速器的工作原理和规律.师生互动活动设计教师先复习提问电场知识导入,通过设问让学生思考想象出回旋加速器原理,在教师指导下,学生分析、讨论、总结规律,再通过例题讲解加深理解.课外组织学生讨论粒子运动半径不变的加速器原理.新课教学:●引入新课在现代物理学中,为了进一步研究物质的微观结构,需要能量很高的带电粒子去轰击原子核,为了使带电粒子获得如此高的能量,就必须设计一个能给带电粒子加速的装置——加速器.[板书]第六节回旋加速器●进行新课教师提出问题:问题:1.用什么方法可把带电粒子加速?学生回答:利用加速电场给带电粒子加速.[板书]由动能定理W=ΔE k采取什么方法?问题3.实际所加的电压,能不能使带电子达到所需要的能量?(不能)怎么办?[板书]多极加速投影qU=qU1+qU2+…+qU n=q(U1+U2+U3+…+U n)分析:方法可行,但所占的空间X围大,能不能在较小的X围内实现多级加速呢?1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器解决了这一问题.[板书]回旋加速器1.构造:利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的.2.工作原理:(1)磁场的作用:带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时,只在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动,其中周期和速率与半径无关.使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间(半个周期)后,平行于电场方向进入电场中加速.(2)电场的作用:回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒直径的匀强电场,加速就是在这个区域完成的.(3)交变电压:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使之能提问:①在加速区有没有磁场?对带电粒子加速有没有影响?②粒子所能获得的最大速度与什么因素有关?可见:带电粒子获得的最大能量与D形盒半径有关.●巩固练习有一回旋加速器,它的交变电压的频率为1.2×106Hz,半圆形电极的半径为0.53m,加速氘核所需的磁场的磁感应强度要多大?氘核的最大动能是多大?(氘核的质量为3.3×10-27kg,电量为1.6×10-19C)●参考题1.质量为m,带电量为q的带电粒子在回旋加速器中间AO处由静止释放,经AO′AO处的电场加速后进入感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,设电场的加速电压为U,那么粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径r0=________,周期T=________.2.在回旋加速器中,如果两个D形盒不是分别接在高频交流电源的两极上,而是接在直流的两极上,那么带电粒子能否被加速?请说明理由,并在图中感性画出粒子的运动轨迹(至少画两个周期).●说明回旋加速器是现代高能物理所需的重要的仪器,为进一步研究物质微观结构做出了贡献.但它也有不利的一面,因为在粒子能量很高的情况下,它运动的速度接近光速,按照爱因斯坦的狭义相对论,这时粒子的质量也将发生变化,从而影响粒子在磁场中回旋一周的时间发生变化,又使电场的频率不再跟粒子运动的频率一致,这也就破坏了加速器的工作条件,因此要进一步提高粒子的能量就必须采取其它的加速方法,希望学生掌握好现在的基础知识,将来能研究出更切合实际的加速器.●例题分析回旋加速器的磁场为1.5T,加速器的最大回旋半径为0.50m。

高中物理质子回旋加速器的原理教案

高中物理质子回旋加速器的原理教案

高中物理质子回旋加速器的原理教案一、引言物理学家通过长期的研究和实践,发展出了多种粒子加速器来探索物质的本质和宇宙的奥秘。

而质子回旋加速器是其中一种重要的加速器类型。

本教案将详细介绍高中物理中质子回旋加速器的原理,以帮助学生更好地理解和掌握这一概念。

二、质子回旋加速器的定义与作用质子回旋加速器(Proton Synchrotron,简称PS)是一种用来加速质子的大型环形装置,其主要作用是将质子加速到高能量以便进行物理实验研究。

质子回旋加速器的出现为科学家提供了观察更高能量粒子相互作用的机会,从而深入研究物质的基本组成和性质。

三、质子回旋加速器的结构1. 磁铁系统质子回旋加速器主要由多个磁铁组成,这些磁铁用于产生稳定的磁场,将质子束引导在闭合的轨道上。

通过调节磁铁的电流,可以控制质子束的轨道半径和速度,从而实现加速。

2. 高频系统质子回旋加速器中的高频系统主要用于加速质子束。

高频系统通过电磁场作用,为质子加速器提供正向的能量,使得质子达到更高的速度和能量。

高频系统通常由高频电源和加速腔组成。

3. 真空系统为了减少质子与空气分子的碰撞,质子回旋加速器中需要保持高真空状态。

真空系统主要包括真空室、真空泵等组件,确保质子束在加速过程中不受到气体分子的干扰。

四、质子回旋加速器的工作原理1. 慢加速阶段在质子回旋加速器开始工作的初期,质子束的能量较低。

在这个阶段,高频系统通过电磁场逐渐提供能量,使得质子的速度逐渐增加。

同时,磁铁系统的磁场调整使得质子束在加速器的轨道上保持稳定。

2. 加速阶段随着质子束速度的增加,加速器将逐渐增加高频系统的频率和磁铁的电流,以提供更多的能量给质子束。

质子在磁场和电场的作用下,不断绕着加速器的环形轨道运动,并且逐渐加速。

3. 达到设计能量当质子束加速到设计所需的能量时,加速器会停止进一步的加速,而是继续保持质子束在轨道上稳定运转。

五、质子回旋加速器的应用质子回旋加速器广泛应用于粒子物理学、核物理学、生物医学等领域的研究。

高中物理带电粒子在匀强磁场中运动应用回旋加速器教学设计新人教版选修

高中物理带电粒子在匀强磁场中运动应用回旋加速器教学设计新人教版选修

《回旋加速器》教学设计【设计思想】本节课“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。

本节课的主要任务在于提高学生应用所学知识分析解决问题的能力,并在应用过程中加深对电场和洛仑兹力的理解,同时体会科学研究的方法和思想。

因此,本节课采用问题引导的方式,充分调动学生进行分析讨论,让学生如同身临其境地“参与”加速器的“设计”和“改进”,这样能更好地让学生体验并深入理解回旋加速器的设计原理和结构、用途。

【教学目标】1.了解回旋加速器的基本结构,理解回旋加速器的设计原理2.理解回旋加速器加速带电粒子的特点3.通过回旋加速器的设计过程,加深对磁场和电场特点的认识4.经历回旋加速器的设计过程,体会科学研究的方法和思想【教学重点】回旋加速器对带电粒子的加速原理及特点【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.类比情景导入出示一个核桃,如果需要知道它内部是怎样的,需要怎么做?(打开看个究竟,用锤砸开)2.课题引入科学研究也是如此,对于原子核,要深入研究或者让原子核发生反应,也必须用“炮弹”把它轰开。

这样的“炮弹”需要用高能粒子来充当,通常为质子、电子、中子、氦核等。

首先需要解决的问题是,如何获得高能粒子。

二、加速器的实现和改进1.加速原理如何获得高能粒子呢?对于带电粒子来说很容易想到办法,让带电粒子加速。

(带电粒子在电场中加速)带电粒子经过电场加速后,能够获得多大的能量?怎样使这个能量高一些?(ΔE K=qU,提高能量,可以提高加速电压)当初科学家也是这么想的,进行了许多尝试去获得高电压,采用多级变压器,静电发生器等。

但产生高压要受到许多限制,那个年代大概只能到几十万伏,不足以得到所需的高能粒子。

必须考虑其它的办法。

2.加速器的改进科学家们希望能够利用较低的电压,把粒子加速到高能量。

(多级加速)多级加速思想如何实现?画出示意图,解释原理。

回旋加速器

回旋加速器

回旋加速器
《回旋加速器》教学设计
 一、教材分析
 “回旋加速器”是《磁场》一章中“带电粒子在电磁场中运动规律”的典型应用,这部分知识也是高考中的重点和难点。

而且,回旋加速器作为一种高科技的实验设备,学生往往对其怀有浓厚的学习兴趣,有意识的让学生到当今科学的前沿“圣地”去涉足一番,也将有助于他们开阔视野,培养志趣。

 二、教学目标
 知识与技能:了解回旋加速器的基本结构,理解它的工作原理,并能解决粒子在电磁场中运动的相关问题。

 过程与方法:学生通过体验自主设计回旋加速器的过程,提高学生应用物理知识分析、解决实际问题的能力。

 情感态度与价值观:在学生自主设计回旋加速器的过程中,体验成功的乐趣,激发学生的思维状态,培养学生的创新意识;并通过介绍我国在高能粒子研究领域的成就,增强学生的民族自豪感、培养学生的爱国热情。

 三、教学重难点
 1、重点:了解回旋加速器的基本结构,理解它的工作原理。

 2、难点:利用物理知识逐步探究设计回旋加速器的过程。

 四、教学方法
 新课程标准把探究式学习提到了学习方式的核心地位高度,但如何在教学中实现这种转变是能否落实这一课程理念的重要问题。

 本节课教材的编写是平铺直叙的介绍回旋加速器的原理和结构,回旋加速器虽然是一种高科技的实验设备,但其原理和结构并不复杂,学生完全有能。

回旋加速器教学设计

回旋加速器教学设计

回旋加速器教学设计第一篇: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.知识与技能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.过程与方法通过问题提出,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.情感态度和价值观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。

《回旋加速器》教学设计

《回旋加速器》教学设计

《回旋加速器》教学设计课 型:新授课 授课年级:高三 课时安排:1课时 教学目标:1、 知识与技能目标:①了解回旋加速器的作用; ②理解回旋加速器的原理;③掌握回旋加速器内带电粒子最大动能和运动时间的计算; 2、 过程与方法目标:通过多媒体课件、动画演示和教师启发式教学相结合的方法,培养学生自主学习的水平,并能让学生掌握本节课的知识。

3、 情感态度价值观:通过本节课的学习,意在培养学生科学严谨的思维品质和灵活变通的意识。

教学重点、难点:重点:回旋加速器的原理难点:理解回旋加速器的原理并能计算带电粒子最大动能和运动时间。

教师学生活动 设计意图 新课导入:如何让一个带电粒子获得一个动能如何让一个带电粒子获得一个较大的动能 播放视频:回旋加速器新课学习:一、回旋加速器构造两个D形金属盒,在金属盒之间留有一条窄缝,在窄缝中心附近放有粒子源O。

D形盒装在真空容器中,整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间,匀强磁场方向垂直于D形盒的底面。

把两个D形盒分别接到高频电源的两极上。

二、回旋加速器的工作原理学生思考回答学生观看。

Ppt 课件演示 学生观察回旋加速器的结构及作用。

通过观看视频激发学生学习兴趣,并初步理解回旋加速器。

放射源 导出装置磁场电场磁场磁场3、带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为qU E k =∆所有各次半径之比为:4、磁场中的运动时间电场的运动时间五、练习1.1930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.下列说法准确的是( )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2.有一回旋加速器,它的交变电压频率为f ,半圆形电极的半径为R ,加速氘核所需的磁场的磁感应强度要多大?氘核的最大动能是多大?设两D形盒间距离为d ,其间电压为U,电场视为匀强电场,加速到最大能量所需回旋的周数?所用时间为多少?(已知氘核的质量m ,电量为q )六、小结本节课学习了回旋加速器的结构、原理、特点。

高中物理第二册回旋加速器1

高中物理第二册回旋加速器1

15.6 回旋加速器【教学目标】1、知识目标(1)知道回旋加速器的基本构造及工作原理;(2)知道回旋加速器的基本用途。

2、能力目标先介绍直线加速器,然后引出回旋加速器,并对两种加速器进行对比评述,引导学生思维,开阔学生思路。

3、德育目标(1)通过介绍两种加速器的利和弊,告诉学生应辩证地去看待某一事物;(2)通过介绍回旋加速器不利的一面,希望学生掌握现在的基础知识,将来能研究出更切合实际的加速器。

【教学重点】回旋加速器的工作原理。

【教学难点】回旋加速器的基本用途。

【教学方法】阅读法、电教法、对比法。

【教具准备】实物投影仪、CAI 课件。

【课时安排】1课时【教学过程】一、导入新课在现代的物理学中,为了进一步研究物质的微观结构,需要能量很高的带电粒子去轰击原子核,为了使带电粒子获得如此高的能量,就必须设计一个能给粒子加速的装置——加速器。

二、新课教学1、使带电粒子加速的方法让学生阅读课文,然后回答以下问题:问题:用什么方法可把带电粒子加速?分析:利用加速电场给带电粒子加速。

由动能定理W =ΔE kqU =12mv 2 v =2qU m问题:带电粒子一定,即q m一定,要使带电粒子获得的能量增大,可采取什么方法? 分析:带电粒子一定,即q m一定,要使带电粒子获得的能量增大,可增大加速电场两极板间的电势差。

问题:实际所加的电压,能不能使带电粒子达到所需的能量?分析:实际所加的电压,不能使带电粒子达到所需要的能量。

我们已经学过,利用电场可以使带电粒子加速。

早期制成的加速器,就是用高压电源的电势差来加速带电粒子的。

这种加速器受到实际所能达到的电势差的限制,粒子获得的能量并不太高,只能达到几十万到几兆电子伏。

问题:怎样才能进一步提高带电粒子获得的能量?分析:为了提高粒子的能量,可以设想让粒子经过多次电场来加速,这倒是一个很合乎道理的想法。

带电粒子增加的动能ΔE =12mv 2-12mv 02=q(U 1+U 2+U 3+……+U n ) 但是想实现这一设想,需要建一个很长很长的实验装置,其中包含多级提供加速电场的装置。

关于回旋加速器一课的教学设计与反思.

关于回旋加速器一课的教学设计与反思.

关于回旋加速器一课的教学设计与反思一、教材分析本节课既联系了高一的圆周运动的知识,又承接了带电粒子在电场中加速和在磁场中偏转的运动规律,综合应用以上理论知识对直线加速器和回旋加速器的工作原理进行分析,并对其发明历史背景和应用做了一定的介绍和阐述。

二、学生分析回旋加速器是一种高科技仪器,学生对其原理和应用的的掌握充满期待,且学生对电场和磁场对带电粒子的作用已经有所了解和掌握,由于学生为我校普通班学生,故本节课主要目的是培养学生对物理学习的兴趣和对科学的向往.三、教学目标1.知识与技能①知道回旋加速器的基本构造和加速原理.②了解加速器的基本用途.③通过演示教学培养学对比、类比和综合分析问题的能力2.过程与方法①通过本节教学,使学生能由直线加速器的工作原理逐步迁移到回旋加速器.②通过多媒体展示和教具演示,使学生能够在轻松愉快的环境中直观形象地接受知识.③通过设置的问题,引爆学生思维,展开讨论,在此过程中升华学生的知识和思维.④通过回旋加速器的应用讲解,让学生初步了解现代科技,并在此基础上培养学生的学习兴趣和对科技的憧憬.3.情感、态度和价值观①通过介绍我国的四台加速器和世界最大的加速器,培养民族自豪感和对科学的向往.②通过讲解加速器的工作原理,培养学生分析问题、解决问题的科学严谨的态度.③通过介绍加速器应用,培养学生学习科学,使用科技来解决社会现实问题的态度,并初步形成对社会的责任感,激发同学们学习科学报效祖国的热情.四、重点难点疑点1、重点回旋加速器的加速原理.2、难点①加速电场的平行极板接的是交变电压,且它的周期和粒子的运动周期相同.②两种计算回旋加速器加速后粒子最大动能的表达式的区别与联系.3、疑点直线加速器和回旋加速器哪个更重要.五、教学用具弓箭玩具枪多媒体课件六、教学过程设计教学过程:教师先由宏观“炮弹”的发射介绍引入微观“炮弹”—带电粒子的发射装置加速器;由电场和磁场对带电粒子的作用入手引出直线加速器;由直线加速器遇到的困难再引出回旋加速器;接着重点讲解回旋加速器的工作原理及其相关的一些重要重要知识点;最后介绍加速器应用中的三个方面,从而提升学生的学习兴趣和对科学的向往。

高中物理-高二回旋加速器教案

高中物理-高二回旋加速器教案

高中物理-高二回旋加速器教案教学目标:1. 了解高二回旋加速器的基本原理和构造;2. 掌握回旋加速器的工作过程,能够分析其加速粒子的原理;3. 了解回旋加速器在现代物理研究中的应用。

教学内容:1. 回旋加速器的基本原理2. 回旋加速器的构造和工作过程3. 回旋加速器在物理研究中的应用教学步骤:第一步:回旋加速器的基本原理1. 引入通过问学生什么是加速器,有哪些种类以及有什么作用等问题来引入本节课的教学内容,并对加速器的分类和特点进行讲解。

2. 回旋加速器的基本原理回旋加速器利用交变电场和静磁场交替作用的原理把带电粒子加速到高速,他的基本原理是利用静磁场将带电粒子引入同心的加速螺旋运动轨道,再通过交变电场的作用改变粒子电荷的方向进而改变粒子的运动轨道,在不断加速的过程中达到初始的高速度。

第二步:回旋加速器的构造和工作过程1. 构造简介回旋加速器主要由加速器环,注入器和各种探测装置等组成。

其中加速器环是回旋加速器的核心,它是由许多圆形的磁铁和电极构成的。

注入器则是把带电粒子引入加速器环的设备。

2. 工作过程在加速过程中,首先需要注入带电粒子,这些带电粒子首先进入的是“注入器”,然后经过“前区加速器”进入“主区加速器”,在主区加速器内逐渐加速到高能态,最后进入“后区加速器”,在这里可以产生所需的新粒子。

第三步:回旋加速器在物理研究中的应用1. 回旋加速器在核物理研究中的应用回旋加速器可以产生高能粒子束,使得研究人员可以在极短的时间内获得极高能级的束流,并对物质结构、性质和反应等方面的基本性质进行有效的研究。

在核物理研究中,回旋加速器被广泛用于研究同位素分析、核衰变等领域。

2. 回旋加速器在粒子物理研究中的应用回旋加速器在粒子物理研究中同样具有重要的应用,它可以产生高能的带电粒子束,对粒子的性质进行研究,例如电荷量、质量等等。

在此领域,回旋加速器主要用于研究基本粒子的进一步扩展研究。

教学方法:1. 幻灯片课件演示教学。

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关于回旋加速器一课的教学设计与反思一、教材分析本节课既联系了高一的圆周运动的知识,又承接了带电粒子在电场中加速和在磁场中偏转的运动规律,综合应用以上理论知识对直线加速器和回旋加速器的工作原理进行分析,并对其发明历史背景和应用做了一定的介绍和阐述。

二、学生分析回旋加速器是一种高科技仪器,学生对其原理和应用的的掌握充满期待,且学生对电场和磁场对带电粒子的作用已经有所了解和掌握,由于学生为我校普通班学生,故本节课主要目的是培养学生对物理学习的兴趣和对科学的向往.三、教学目标1.知识与技能①知道回旋加速器的基本构造和加速原理.②了解加速器的基本用途.③通过演示教学培养学对比、类比和综合分析问题的能力2.过程与方法①通过本节教学,使学生能由直线加速器的工作原理逐步迁移到回旋加速器.②通过多媒体展示和教具演示,使学生能够在轻松愉快的环境中直观形象地接受知识.③通过设置的问题,引爆学生思维,展开讨论,在此过程中升华学生的知识和思维.④通过回旋加速器的应用讲解,让学生初步了解现代科技,并在此基础上培养学生的学习兴趣和对科技的憧憬.3.情感、态度和价值观①通过介绍我国的四台加速器和世界最大的加速器,培养民族自豪感和对科学的向往.②通过讲解加速器的工作原理,培养学生分析问题、解决问题的科学严谨的态度.③通过介绍加速器应用,培养学生学习科学,使用科技来解决社会现实问题的态度,并初步形成对社会的责任感,激发同学们学习科学报效祖国的热情.四、重点难点疑点1、重点回旋加速器的加速原理.2、难点①加速电场的平行极板接的是交变电压,且它的周期和粒子的运动周期相同.②两种计算回旋加速器加速后粒子最大动能的表达式的区别与联系.3、疑点直线加速器和回旋加速器哪个更重要.五、教学用具弓箭玩具枪多媒体课件六、教学过程设计教学过程:教师先由宏观“炮弹”的发射介绍引入微观“炮弹”—带电粒子的发射装置加速器;由电场和磁场对带电粒子的作用入手引出直线加速器;由直线加速器遇到的困难再引出回旋加速器;接着重点讲解回旋加速器的工作原理及其相关的一些重要重要知识点;最后介绍加速器应用中的三个方面,从而提升学生的学习兴趣和对科学的向往。

七、教学方法讲授法展示法讨论法演示法八、教学过程1.引入新课①利用手抛粉笔、弓射箭和枪射子弹来演示宏观“炮弹”的发射装置—发射器②利用多媒体,再次展示一些宏观“炮弹”的发射装置,从而引入微观“炮弹”—带电粒子的发射装置加速器2.新课教学2.1直线加速器师:先请同学们思考:①电场对带电粒子的作用?②磁场对带电粒子的作用?生:电场对带电粒子有加速和偏转的作用师:请同学们自己设计一个加速质子的装置生(在草稿本上设计)师(巡视观察学生的设计)师:多媒体展示自己的设计生:与老师对比师:若极板间电压为U ,则粒子获得的动能是多少?生:草稿本上自作并与周围同学互对答案师: 由于电压的限制,一次加速后粒子获得的能量较小,如何获得较大的能量呢,大家讨论一下如何解决这一问题?生:(讨论)师:举一实际生活中的例子(向山上运送砖块),启发学生来作答生:多对极板加速师:很好(多媒体展示)+ q m _qU mv E k ==221若极板间电压为U ,则有n 对极板加速后粒子获得的动能又是多少?生: 师:可采取多级加速的办法,经过几次加速后粒子的能量,所以直线加速器可使粒子获得足够大的能量,是不是?生:是师:这类加速器固然有其优点,但它的设备一字儿排开,占地面积大,能不能有办法解决这一问题?生(讨论)师:提示(多媒体展示一种方案,然后逐步过渡)2.2 回旋加速器师:(引导)如果只用一个电场,带电粒子经过加速后还会EK =nqU再次返回,那就好了.用什么方法能使粒子自动返回呢?生:外加磁场!利用带电粒子在匀强磁场中作圆周运动的特点,可使它重返电场,再次加速.师:好,这确是个巧妙的构想!师:下面就让我们按着这条思路,来具体分析一下工作原理.(动画展示)师:(深入分析)利用带电粒子在磁场中作圆周运动的特点,可使带电粒子回旋,为使粒子每经过两极板时都得到加速,电源交替变化一周,粒子被加速两次,并恰好回旋一周,这正是确保加速器正常运行的同步条件.带电粒子运动的周期(T)=交变电压的周期(T)生:带电粒子的运动轨迹是条半径越来越大的螺旋线。

师:(分析)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式R=mv /Bq,随着粒子不断加速,它的速度越来越大,半径也相应增大。

师:多媒体展示回旋加速其模型师:关于回旋加速原理的一些考点1、粒子在回旋加速器中的回旋周期于加在狭缝间的高频电压的周期2、粒子每经过一个周期,被电场加速次3、带电粒子每经电场加速一次,增加的动能为4、粒子每经过一个周期,增加的动能为5、最大旋转半径最大动能师:劳伦斯简介1929年,劳伦斯发明了后来被称为回旋加速器的“原子击破器”,1932年建成世界第一台回旋加速器。

这是一种有奇特效能的能够加速带电粒子的装置。

以后逐渐加大尺寸,在许多地方建成了一系列回旋加速器,致使他在加利福尼亚州伯克利的辐射实验室成为世界物理学家参观学习的基地。

劳伦斯还大力宣传推广用加速器中产生的放射性同位素或中子来治疗癌症等疑难病。

由于在回旋加速器及其应用技术方面的成就,劳伦斯获得1939年度诺贝尔物理奖。

生(阅读并体会科学家的探索精神)师(多媒体展示劳伦斯回旋加速器图,并介绍我国四大加速器:兰州、北京、合肥和上海)师:介绍世界上最大的加速器—欧洲大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中,隧道全长26.659公里。

大型强子对撞机2003年开始修建,将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。

生(惊叹)师:这里同学们一定会问,为什么各国要花巨资来修建加速器?下面我给大家例举加速器的三种应用。

①加速微观粒子,探索微观世界②加速微观粒子,实现“点石成金”③加速微观粒子,探索加速核反应和消除核污染生(惊叹中感受知识的力量)师:今天我们主要讲了加速器的工作原理和简单介绍了其应用,下节课我们将结合习题继续来了解本节知识在高考中的地位。

九、小结本节课讲述带电粒子在磁场中运动在高科技领域中的一个具体运用,首先要引导同学们从直线加速器迁移到回旋加速器,然后分析回旋加速器的加速过程,从而理解它的加速原理,最后比较直线加速器和回旋加速器的优缺点.十、板书E K=nqU1、直线加速器:2、回旋加速器:①加速条件:带电粒子运动的周期=交变电压的周期。

②运动轨迹:速度越来越大,半径也越来越大的螺旋线。

③工作原理:磁场使粒子发生偏转在电场间反复加速。

④最大能量:E K=2nqU十一、作业1、两人一组自制回旋加速器模型2、你能自己设计一台加速器模型吗?3、填写回旋加速器一节配套练回旋加速器—课后感受与反思回旋加速器一节,虽然是本章的非重点章节,但它却涵盖了本章知识的重点内容,既有电场对带电粒子的加速,又有磁场对带电粒子的偏转,还有一些高科技的因素在其中,所以,上好本节课既可以使学生对以前所学知识加深认识,又可以是前面所学知识得到应用,更为重要的是可以唤醒学生对物理学习的兴趣,对科技的憧憬和热爱。

因此,在上本节课以前本人也做了大量准备工作,力争能使教学过程生动形象,让学生能在轻松愉快的教学环境中获得知识,体验知识的力量。

一、本节课的成功之处有如下几点:1、课堂情境的创建回旋加速器虽然是一种科学仪器,如同电流表和电压表,但学生对它的了解甚少,尤其对其工作原理和应用或许未曾听说,鉴于此,我从学生的现有经验和认识出发,通过对比的方法,逐步过渡,本人觉得用宏观“炮弹”发射器对比引出微观带电粒子发射器—加速器,这是符合学生认知规律的,从课堂效果来看,学生是愉快的,是兴奋的。

2、循序渐进,由简到繁,层层深入本节重点是回旋加速器,但如果直接去讲授回旋加速器的工作原理,学生接受一定会有困难,也会陷入电场和磁场的双重理解的漩涡中,这与学生基础和认知规律是不吻合的。

故,本人先从直线加速器入手,力争和学生一起探究直线加速器的工作原理,然后在逐步过渡,应用磁场对带电粒子的偏转作用,设置疑问,引爆学生思考讨论,让学生在探究中靠近甚至能让部分学生脑子里能够逐渐形成回旋加速器的模型,本人觉得这样设计教学,有助于发挥学生的主观能动性,对学生接受知识和培养能力都是有益的,同时也可以使他们体会到创造发明的艰辛过程,当然也可以使他们感受到成功的喜悦!3、查阅资料,多讲述一些加速器的应用学生掌握了加速器工作原理和结构后,一定会在心里想加速时干什么用的,此时,我先不讲其用途,而是让大家从世界各国生产的一些加速器的“体型”大小和耗资方面设疑,让学生在惊叹与加速的庞大和耗资巨大的基础上,引出其用途,这样做可以激发学生的热情和兴趣,然后从其应用的三个方面做了讲述,学生很是感兴趣,并有不少学生课后还来问我一些加速器的应用,我也鼓励他们多去查资料,他们也很兴奋!4、多媒体的应用,丰富了课堂多媒体尽管不能完全取代黑板,但是它在物理教学中的辅助功能是不言而喻的,也是为广大物理教师认可了的。

因为多媒体的引入,不但丰富了课堂内容,激发了学生兴趣,也弥补了传统讲学中的很多不足,尤其是动画模拟,更是直观形象,学生感受深刻,易于形成长久的物理表象,这对他们今后的学习无疑是有利的。

5、教具和肢体语言的应用物理教学过程中,教具和自制教具的应用是非常重要的,因为这些东西往往来自学生亲身经历的一些东西,学生感觉亲近,很容易调动学生的听课热情;教师肢体语言的合理应用也是非常重要的,因为幽默而富有情趣的肢体语言不仅可以唤醒学生的听课积极性,也能使学生感受到课堂的快乐,真正把课堂和生活结合起来,不至于让学生乏味。

二、本节课的不足之处1、由于地处农村,不能让学生去看看兰州重粒子加速器,深感遗憾。

2、限于时间,学生参与相对较少,未能很好地发挥学生主体的地位。

3、板书和普通话方面还有待提高。

三、需要补充和提高的方面1、回旋加速器原理的应用和计算方面有待于今后强化。

2、粒子在回旋加速器中加速到接近光速时出现的不同步问题有待于后面补充,即用直线加速器补充回旋加速器的这一弊端问题。

3、今后在课堂上尽可能减少老师的讲解,而是更多的与学生一起去探究知识和方法。

4、继续强化普通话的练习和板书的设计。

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