2020-2021年高二物理回旋加速器 人教版

2019-2020年高二物理回旋加速器 人教版

一、教学目标

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。

3．能解决有关回旋加速器的问题。

4．通过研究讨论使学生体会到成功的快乐。

二、重点、难点分析

回旋加速器的工作原理是本节课的教学重点， 解决有关加速器的问题是教学的难点。

三、教具计算机、投影仪、多媒体课件

四、教法讨论与讲解相结合、多媒体辅助教学

五、课时安排1课时

六、教学过程

（一）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，需要用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。

（二）进行新课

教师提出问题：

讨论：使一个小金属球获得较大的速度，怎么办？

点评：学生会设计出多种方案。

①如图1，根据动能定理：

所以H 越大，速度也就越大。

②如图2根据动量定理： Ft=mv ，

所以作用在小球上的力越大，，作用时间越长，速度也就越大。

点评：教师对学生的方案要给与肯定，使学生体验到成功的喜悦。

问题1．如何使一个带电的微粒获得速度（能量）？学生回答：利用加速电

场给带电粒子加速如图3。

【板书】由动能定理

图1

图2 图3

问题2.如何使一个带电粒子获得很大的速度(能量)?

点评:学生同样会设计出多种方案,如: ①增大加速电压；②使微粒的核质比增大，等等。 问题3.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？问题4.实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需要的能量？（不能）怎么办？

【板书】多级加速

投影如图4。

带电粒子增加的动能为

)

(212132121202n n U U U U q qU qU qU qU mv mv E ++++=+++==-=

∆ 分析：方法可行，但所占的空间范围

大。能不能在较小的范围内实现多级加速呢？

引导学生读书：

1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，从而解决了这一问题。

【板书】第六节 回旋加速器

如图5

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。 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，只在洛伦兹力作

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 型盒中都能运动相等的时间（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 型盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两个D 型盒直径的匀强电场，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，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个与带电粒子在Ｄ型盒中运动周期相同的交变电压。

图４

图５

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离子所能获得的最大速度与什么因素有关系？

22

2222)(2121R m

B q m qBR m mv E === 可见带电粒子获得的最大能量与D 型盒半径有关。

（三）巩固练习

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磁感应强度为B 的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U ，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R 0= ，周期T= 。

2．在回旋加速器中，如果两个D 型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，并在图中画出粒子的运动轨迹（至少画两个周期）

（四）布置作业

1．仔细阅读教材；

2．自学课本185页阅读材料

七、教学设计说明

回旋加速器是现代高能物理研究中所需的重要仪器，为进一步研究物质的微观结构作出了贡献。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，从而使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他的加速方法。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。