回旋加速器教案.doc

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。
图５

（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。
图2
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
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，如何求？