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。

教师：对了，多级加速的直线加速器的原理是什么呢？下面小组讨论，并完成

问题一。

问题1：通过n 级加速的带电粒子（m,q ）具有多大的能量？速度又等于多大？

(粒子进入第一级极板的初速度忽略不计)

学生：展示小组讨论成果

教师：同学们发现，只要级数够多，就能让带电粒子加速到一个很高的速度，

那直线加速器有什么缺点呢？

展示图片

教师：图中所示为美国斯坦福大学直线加速中心，从图中看出，直线加速器最

大一个缺点就是所占空间过大，那怎么来克服这个缺点呢？

学生：回旋加速器

教师：下面我们就来了解回旋加速器的构造及原理，请同学们阅读教材，完成

下列问题。

2. 回旋加速器

（1） 构造: ， ， ， ，

（2） 讨论完成带电粒子在加速器中的运动情况

粒子从离子源发出，在缝隙中第一次被加速，以速率v1进入磁场，在磁场作用下做半径为R1= 的圆周运动，经过 回到缝隙，如果此时缝隙中的电场恰好方向，粒子通过缝隙时又被加速，以较大的速度进入磁场做半径为R2= 的圆周运动，且半径比之前 ，以此类推，当粒子圆周运动半径等于 时，速度加到最大，便通过特殊装置引出，完成加速。

（3） 原理总结： 加速， 偏转

教师：下面同学们小组讨论，完成下面3个问题

问题1：带电粒子在D 形盒内做圆周运动的周期随半径的增大是否发生变化？为什么？ 由公式可知，周期T 和半径R 及速度v 无关，故周期不会发生变化。

问题2：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，所加交变电压的周期应该满足什么样的条件？

因为带电粒子在磁场中每运动半周加速一次,加在两D 形盒间的电压要与带电粒子的运动同步,所以高频交流电源的周期与带电粒子圆周运动的周期相等.

问题3：粒子所能获得的最大速度与什么因素有关？获得的最大能量与什么因素有关？

学生展示，教师总结

四． 课中典例分析

考查方式一 定性考查回旋加速器

【命题分析】定性考查回旋加速器一般以选择题出现，难度一般不大。

例1（2008广东物理卷第4题）1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图1所示，这台加速器由两个铜质D 形盒D 1、D 2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

考查方式二 定量考查回旋加速器

【命题分析】定量考查回旋加速器一般以计算题出现，难度一般较大。

如图所示为回旋加旋速器的示意图，已知D 形盒的半径为R ，中心上半面出口处O 放有质量为m, 带电量为q 的正离子源，若磁感应强度大小为B ，求：(1)加在D 形盒间的高频电源的频率；(2)离子加速后的最大能量．

五．课堂小结：请同学们回顾本堂课，看看自己有什么收获。

六． 课后思考：

课后思考：带电粒子在回旋加速器中的总运动时间是否可以求出？如果可以，如何

图５

图2