回旋加速器

回旋加速器

教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
　　1、知道回旋加速器的基本構(gòu)造和加速原理．
　　2、了解加速器的基本用途．

能力目標(biāo)
　　通過由直線加速器遷移到回旋加速器的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，開闊學(xué)生解決問題的思路．

情感目標(biāo)
　　通過介紹我國(guó)高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的研制，培養(yǎng)民族自豪感，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)科學(xué)報(bào)效祖國(guó)的熱情．

 
 教學(xué)建議

教材分析
　　本節(jié)重點(diǎn)是回旋加速器的加速原理．在通過前面帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)習(xí)，學(xué)生通過反復(fù)習(xí)電場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)后在理解本節(jié)知識(shí)時(shí)比較容易，需要強(qiáng)調(diào)的是：
　　1、加速電場(chǎng)的平行極板接的是交變電壓，且它的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期相同．
　　2、當(dāng)粒子加速到接近光速時(shí)，加速粒子就不可能了．

教法建議
　　由于前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此本節(jié)內(nèi)容在教法上可以通過復(fù)習(xí)相關(guān)的電場(chǎng)知識(shí)后在，讓學(xué)生思考想象加速器的原理，最后得出回旋加速器原理．
在講解時(shí)，教師可以通過介紹中國(guó)高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的開發(fā)以及研制過程，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)主義熱情。

 

教學(xué)設(shè)計(jì)方案

回旋加速器

一、素質(zhì)教育目標(biāo)

（一）知識(shí)教學(xué)點(diǎn)

　　1、知道回旋加速器的基本構(gòu)造和加速原理．

　　2、了解加速器的基本用途．

（二）能力訓(xùn)練點(diǎn)

　　通過由直線加速器遷移到回旋加速器的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，開闊學(xué)生解決問題的思路．

（三）德育滲透點(diǎn)

　　介紹我國(guó)高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，培養(yǎng)民族自豪感，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)科學(xué)報(bào)效祖國(guó)的熱情．

（四）美育滲透點(diǎn)

　　用優(yōu)美的語(yǔ)言介紹我國(guó)高能粒子加速器的構(gòu)造原理，用嚴(yán)密的推理，解釋回旋加速器的工作原理，讓學(xué)生充分體會(huì)物理教學(xué)的語(yǔ)言美及推理過程的邏輯美．

二、學(xué)法引導(dǎo)

　　1、教師通過復(fù)習(xí)提問法導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)物理情境啟發(fā)學(xué)生思考討論，總結(jié)規(guī)律．

　　2、學(xué)生復(fù)習(xí)電場(chǎng)知識(shí)，積極思考想象，在教師指導(dǎo)下推導(dǎo)，總結(jié)回旋加速器的工作原理和規(guī)律．

三、重點(diǎn)·難點(diǎn)·疑點(diǎn)及解決辦法

1、重點(diǎn)

　　回旋加速器的加速原理．

2、難點(diǎn)

　　加速電場(chǎng)的平行極板接的是交變電壓，且它的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期相同．

3、疑點(diǎn)

　　當(dāng)粒子加速到接近光速時(shí)，加速粒子就不可能了．

4、解決辦法

　　應(yīng)用上節(jié)學(xué)習(xí)的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑和周期公式，著力講清回旋加速器加速帶電粒子的原理．

四、課時(shí)安排

　　1課時(shí)

五、教具學(xué)具準(zhǔn)備

　　回旋回速器掛圖

六、師生互動(dòng)活動(dòng)設(shè)計(jì)

　　教師先復(fù)習(xí)提問電場(chǎng)知識(shí)導(dǎo)入，通過設(shè)問讓學(xué)生思考想象出回旋加速器原理，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生分析、討論、總結(jié)規(guī)律，再通過例題講解加深理解．課外組織學(xué)生討論粒子運(yùn)動(dòng)半徑不變的加速器原理．

七、教學(xué)步驟

（一）明確目標(biāo)

（略）

（二）整體感知

　　本節(jié)課講述帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)在高科技領(lǐng)域中的一個(gè)具體運(yùn)用，首先要引導(dǎo)同學(xué)們從直線加速器遷移到回旋加速器，然后分析回旋加速器的加速過程，從而理解它的加速原理，最后比較直線加速器和回旋加速器的優(yōu)缺點(diǎn)．

（三）重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過程

1、直線加速器
　我們知道電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子加速，如果加速電壓為u，帶電粒子電量為q．帶電粒子從靜止可加速到能量 ，由于電壓的限制，所以一次加速后粒子獲得的能量較小，如何獲得較大的能量呢？（讓學(xué)生充分討論．）可采取多級(jí)加速的辦法，經(jīng)過幾次加速后粒子的能量 ，所以直線加速器可使粒子獲得足夠大的能量．但它占地面積太大，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地面積呢？（讓學(xué)生展開想象）

2、回旋加速器

　　利用帶電粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，可使帶電粒子回旋，為使粒子每經(jīng)過兩極板時(shí)都得到加速，極板間需接上一個(gè)交變電壓，每加速粒子一次，帶電粒子運(yùn)動(dòng)速率和運(yùn)動(dòng)半徑都會(huì)增加，它運(yùn)動(dòng)的周期會(huì)變化嗎？所接在兩極板間的交變電壓的周期T等于多少呢？

（讓學(xué)生回答 ）

　　請(qǐng)同學(xué)們討論：加速粒子的最終能量由哪些因素決定？

　　當(dāng)帶電粒子速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑也最大，即 ，即 ，再由動(dòng)能定理得： ，所以要提高加速粒子最后的能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和加速器的半徑 ．

　　請(qǐng)同學(xué)們課后思考，為什么帶電粒子加速后的能量與加速電壓無關(guān)呢？

3、回旋加速器和直線加速器的比較

　　介紹我國(guó)正、負(fù)電子對(duì)撞機(jī)．

（四）總結(jié)、擴(kuò)展

　　本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了回旋回速器的加速原理，希望同學(xué)們將來在工作和生活中遇到實(shí)際問題時(shí)，要開闊思路，注意知識(shí)的遷移和綜合運(yùn)用．

八、布置作業(yè)

　　1、1989年初，我國(guó)投入運(yùn)行的高能粒子加速器可把電子的能量加速到2.8GeV，若每級(jí)的加速電壓 V，需采用幾級(jí)加速器？

九、板書設(shè)計(jì)

一、直線加速器

　　1、單級(jí)加速

　　2、多級(jí)加速

二、回旋加速器

1、交變的加速電壓周期T



2、多次回旋加速后的能量



三、直線加速器與回旋回速器比較